Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungsmodul für einen optischen Sensor sowie einen optischen Sensor mit einem solchen Beleuchtungsmodul für ein Koordinatenmessgerät zur Vermessung von Innengewinden oder Bohrlöchern eines Werkstücks.The invention relates to a lighting module for an optical sensor and to an optical sensor having such a lighting module for a coordinate measuring machine for measuring internal threads or boreholes of a workpiece.
Als optische Sensoren für die berührungslose Erfassung von Koordinaten eines Werkstücks sind neben der visuellen Erfassung mittels CCD- oder CMOS-Kameras auch konfokale chromatische Sensoren, konoskopische Sensoren, Abstandssensoren mit Foucault'scher Schneide, konfokale Mikroskope sowie Sensoren bekannt, die auf den Messprinzipien der Fokusvariation, der Streifenprojektion, der klassischen Triangulation, der Photogrammetrie, der klassischen Interferometrie sowie auf der Weißlichtinterferometrie beruhen. Ein Koordinatenmessgerät mit einem optischen Sensor basierend auf der Weißlichtinterferometrie ist zum Beispiel aus dem Patent DE 103 92 656 B4 oder aus der Veröffentlichung US 2010/0312524 A1 bekannt. Die Weißlichtinterferometrie ist dabei auf dem Gebiet des Maschinenbaus zur Vermessung von reflektierenden Oberflächen als optisches Kohärenzradar und auf medizinischem Gebiet zur Vermessung von weichen Gewebevolumen als optische Kohärenztomographie (optical coherence tomography, OCT) bekannt. Ferner ist die Vermessung von rauen Oberflächen mittels des optischen Kohärenzradars als eine Spezialform der Speckle-Interferometrie bekannt, siehe Dresel et al. „Three-dimentional sensing of rough surfaces by coherence radar” APPLIED OPTICS, Vol. 31, No. 7, March 1992, P. 919–925 .As optical sensors for the non-contact detection of coordinates of a workpiece in addition to the visual detection using CCD or CMOS cameras and confocal chromatic sensors, conoscopic sensors, distance sensors with Foucault'scher cutting edge, confocal microscopes and sensors are known, based on the measurement principles of focus variation which are based on fringe projection, classical triangulation, photogrammetry, classical interferometry as well as on white light interferometry. A coordinate measuring machine with an optical sensor based on the white light interferometry is known, for example, from the patent DE 103 92 656 B4 or from the publication US 2010/0312524 A1 known. White light interferometry is known in the field of mechanical engineering for the measurement of reflective surfaces as an optical coherence radar and in the medical field for the measurement of soft tissue volumes as optical coherence tomography (OCT). Further, the measurement of rough surfaces by means of the optical coherence radar is known as a special form of speckle interferometry, see Dresel et al. "Three-dimensional sensing of rough surfaces by coherence radar" APPLIED OPTICS, Vol. 7, March 1992, p. 919-925 ,
Der Vermessung von Innenwänden von Bohrlöchern mittels der Weißlichtinterferometrie widmet sich die Veröffentlichung DE 10 2004 012 426 . Dabei wird ein Periskop bzw. ein Umlenkspiegel dazu genutzt, den Fokus bzw. die Fokuszone des Weißlichtinterferometers auf einen Punkt bzw. einen Bereich mit kleiner lateraler Ausdehnung der Innenwand zu lenken, um den Abstand dieses Punktes bzw. Bereichs der Innenwand zu messen. Nachteilig ist jedoch, dass zur vollständigen Vermessung nur einer Höhenlinie der Innenwand das Periskop bzw. der Umlenkspiegel sukzessive in verschiedene Drehpositionen um insgesamt 360° gedreht und pro Drehposition jeweils ein Messpunkt aufgenommen werden muss. Dies führt zu einer großen Zeitspanne für die vollständige Vermessung einer oder mehrere Höhenlinien der Innenwand eines Bohrlochs oder eines Innengewindes.The measurement of inner walls of boreholes by means of white light interferometry is dedicated to the publication DE 10 2004 012 426 , In this case, a periscope or a deflection mirror is used to direct the focus or the focus zone of the white light interferometer to a point or a region with a small lateral extent of the inner wall in order to measure the distance of this point or region of the inner wall. The disadvantage, however, is that for complete measurement of only one contour line of the inner wall, the periscope or the deflection mirror must be successively rotated in different rotational positions by a total of 360 ° and each rotational position a measurement point must be recorded. This results in a large amount of time for the complete measurement of one or more contour lines of the inner wall of a borehole or internal thread.
Die gleichzeitige Erfassung ganzer Höhenlinien von Innenwänden von Bohrlöchern ist im Zusammenhang mit der 5 des Patents US 4,453,082 mittels eines rotationssymmetrischen Parabolspiegels für einen konfokalen Sensor offenbart. Nachteilig ist jedoch, dass der durch den Parabolspiegel erzeugte vollständige Fokusring in seinem Durchmesser durch die festgelegte Form des Parabolspiegels nicht variabel ist und so für verschiedene Bohrlochdurchmesser verschiedene Sensoren mit unterschiedlichen Parabolspiegeln genutzt werden müssen.The simultaneous detection of whole contour lines of inner walls of boreholes is associated with the 5 of the patent US 4,453,082 disclosed by means of a rotationally symmetric parabolic mirror for a confocal sensor. The disadvantage, however, is that the full focus ring generated by the parabolic mirror is not variable in its diameter by the fixed shape of the parabolic mirror and so different sensors with different parabolic mirrors must be used for different borehole diameter.
Dieses Problem der Fokusvariation löst die Veröffentlichung EP 2 093 536 A1 dadurch, dass statt eines Parabolspiegels ein Konus genutzt wird und die Erzeugung des Fokusrings durch die Erzeugung bzw. Nutzung von ausschließlich zur optischen Achse geneigter Lichtstahlen herbeigeführt wird. Dabei werden in dem Ausführungsbeispiel zur 1 der genannten Veröffentlichung zwei Blenden zur Auswahl ausschließlich zur optischen Achse geneigter Lichtstrahlen und in dem Ausführungsbeispiel zur 11 ein Axikon zur Erzeugung ausschließlich zur optischen Achse geneigter Lichtstrahlen verwendet. Durch diese Schrägstellung der Lichtstrahlen zur optischen Achse wird gewährleistet, dass diese Lichtstrahlen auf einer Seite des Konus einen Fokus bilden und dass nach der Reflektion an der Innenwand eines Bohrlochs diese Lichtstrahlen auch auf der gleichen Seite des Konus zu einem Detektor zurücklaufen können. Ohne diese Schrägstellung würden die an der Innenwand reflektierten Strahlen auf dem Rückweg nicht mehr den Konus treffen. Dies ist der Grund, warum in vielen Dokumenten des Standes der Technik, welche in der Regel parallel zur optischen Achse ausgerichtetes Licht für eine Fokussierung durch eine Linse nutzen, ein Umlenkspiegel bzw. Periskop nach der Linse zum Umlenken des Fokuspunkts verwendet wird, da bei diesen Elementen sichergestellt ist, dass sowohl die zur Innenwand bzw. dem Fokus hinlaufenden Strahlen als auch die zurückkommenden reflektierten Strahlen durch den Umlenkspiegel bzw. das Periskop vollständig erfasst werden.This issue of focus variation triggers the publication EP 2 093 536 A1 in that, instead of a parabolic mirror, a cone is used and the generation of the focus ring is brought about by the generation or use of light steels inclined only to the optical axis. In the embodiment, the 1 the aforementioned publication two diaphragms for selection only inclined to the optical axis light beams and in the embodiment of 11 an axicon used to produce only inclined to the optical axis of light rays. This oblique position of the light rays to the optical axis ensures that these light rays form a focus on one side of the cone and that after reflection on the inner wall of a borehole these light rays can also run back to a detector on the same side of the cone. Without this inclination, the rays reflected on the inner wall would no longer hit the cone on the way back. This is the reason why in many prior art documents, which generally use light aligned parallel to the optical axis for focusing through a lens, a deflecting mirror or periscope is used after the lens to redirect the focus point Ensures that both the rays running towards the inner wall and the focus as well as the returning reflected rays are completely detected by the deflection mirror or the periscope.
Die Anpassung an verschiedene Bohrlochdurchmesser wird in der Veröffentlichung EP 2 093 536 dadurch realisiert, dass der Abstand des Konus vom restlichen Sensor veränderbar ist. Hierzu ist es allerdings notwendig, den Konus und/oder das zugehörige Gehäuse, in das der Konus eingebettet ist, zu bewegen. Hierdurch müssen einerseits relativ große Massen bewegt werden und es muss andererseits die Bewegung des Konus sehr präzise kontrolliert werden. Die großen Massen führen zu einer Erhöhung der notwendigen Mess- bzw. Umrüstzeit für unterschiedliche Bohrlochdurchmesser oder für Bohrlöcher mit größeren Durchmesserschwankungen, wie sie zum Beispiel bei Innengewinden gegeben sind. Die Ungenauigkeit in der Bewegung des Konus führt zu einer reduzierten Messgenauigkeit sobald der Konus im Rahmen einer Messung bewegt werden muss.The adaptation to different borehole diameter will be published EP 2 093 536 realized in that the distance of the cone from the rest of the sensor is variable. For this purpose, however, it is necessary to move the cone and / or the associated housing in which the cone is embedded. As a result, on the one hand relatively large masses must be moved and on the other hand, the movement of the cone must be very precisely controlled. The large masses lead to an increase in the necessary measuring or conversion time for different borehole diameters or for boreholes with larger diameter fluctuations, as they are given for example in internal threads. The inaccuracy in the movement of the cone leads to a reduced accuracy of measurement as soon as the cone has to be moved during a measurement.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Beleuchtungsmodul für einen Sensor sowie einen Sensor für ein Koordinatenmessgerät zur Vermessung von Bohrlöchern und insbesondere von Innengewinden anzugeben, das bzw. der zur Vermessung ganzer Höhenlinien von Bohrlöchern mit wenigstens zwei unterschiedlichen Durchmessern und insbesondere von Innengewinden keine beweglichen optischen Elemente, noch einen Wechsel von optischen Elementen zur Erzeugung der mindestens zwei für die Vermessung notwendigen Fokusbereichen benötigt. The object of the present invention is therefore to specify an illumination module for a sensor and a sensor for a coordinate measuring machine for measuring boreholes and, in particular, internal threads, which can not be moved to measure entire contour lines of boreholes having at least two different diameters and in particular internal threads optical elements, nor a change of optical elements for generating the at least two necessary for the measurement focus areas needed.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Beleuchtungsmodul für einen optischen Sensor zur Vermessung einer Oberfläche eines Werkstücks mittels eines Koordinatenmessgeräts umfassend mindestens eine Lichtquelle sowie optische Elemente zur Führung des Lichts einerseits auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks und andererseits auf dem Rückweg von der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks zu mindestens einem Detektor des optischen Sensors, wobei einige der genannten optischen Elemente sowohl für die Strahlführung auf dem Hinweg als auch für die Strahlführung auf dem Rückweg genutzt werden und wobei mindestens eines dieser genannten optischen Elemente ein Umlenkelement ist, das auf dem Hinweg für eine Umlenkung des Lichts auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks und auf dem Rückweg für eine Umlenkung des Lichts zu dem mindestens einen Detektor sorgt, wobei mindestens ein erstes optisches Element zur Führung des Lichts auf dem Hinweg von der Lichtquelle in Richtung des Umlenkelements Mittel zur Erzeugung von mindestens zwei zur optischen Achse geneigten Ringbündel des Lichts aufweist, wobei die geneigten Ringbündel rotations-symmetrisch zur optischen Achse geneigt sind und der Neigungswinkel der Ringbündel zueinander unterschiedlich ist und wobei das mindestens eine erste optische Element und/oder ein weiteres zweites optisches Element zur Führung des Lichts auf dem Hinweg von der Lichtquelle in Richtung des Umlenkelements Mittel zur Brechung und/oder Beugung des Lichts aufweisen, wobei mindestens zwei dieser Mittel unterschiedliche Brechkraft und/oder unterschiedliche Beugungswirkung aufweisen, so dass im Zusammenspiel der Mittel zur Erzeugung geneigter Ringbündel und der Mittel zur Brechung und/oder Beugung des Lichts mit dem Umlenkelement mindestens zwei räumlich voneinander getrennte, zumindest teilweise bogenförmig ausgebildete Fokusbereiche des Beleuchtungsmoduls vorliegen.This object is achieved by an illumination module for an optical sensor for measuring a surface of a workpiece by means of a coordinate measuring machine comprising at least one light source and optical elements for guiding the light on the one hand on the way from the at least one light source to the surface of the workpiece to be measured and on the other the return path from the surface of the workpiece to be measured to at least one detector of the optical sensor, wherein some of said optical elements are used both for the beam guidance on the way out and for the beam guidance on the return path and wherein at least one of said optical elements is a deflection element is that on the way out for a deflection of the light on the surface of the workpiece to be measured and on the way back for a deflection of the light to the at least one detector, wherein at least a first optical element for Fü Direction of the light on the way from the light source in the direction of the deflecting means for generating at least two inclined to the optical axis ring bundles of light, wherein the inclined ring bundles are inclined rotationally symmetrical to the optical axis and the angle of inclination of the ring bundles to each other is different and the at least one first optical element and / or a further second optical element for guiding the light on the way from the light source in the direction of the deflection element comprises means for refraction and / or diffraction of the light, wherein at least two of these means have different refractive power and / or different Have diffraction effect, so that in the interaction of the means for generating inclined ring bundles and the means for refraction and / or diffraction of the light with the deflecting element at least two spatially separated, at least partially arcuate focus regions of the illumination module present s.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass auf den Wechsel optischer Elemente und/oder auf die Bewegung optischer Elemente insbesondere bei der Vermessung von Innengewinde verzichtet werden kann, wenn es gelingt, das Beleuchtungsmodul bzw. den Sensor mit mindesten zwei benachbarten Fokusbereichen statt nur mit einem variierbaren Fokusbereich auszustatten. Darüber hinaus wurde erfindungsgemäß erkannt, dass es zur Erzeugung von mindesten zwei unterschiedlichen Fokusbereichen einerseits notwendig ist, zwei geneigte Ringbündel zu erzeugen, damit diese durch ein Umlenkelement sowohl auf eine zu vermessende Oberfläche hin, als auch auf den Detektor zurück umgelenkt werden können, und andererseits notwendig ist, diese zwei Ringbündel unterschiedlich zu fokussieren, damit diese Ringbündel in unterschiedlich entfernten Brenn- bzw. Feldebenen zu liegen kommen. Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwischen beweglichen und veränderbaren optischen Elementen unterschieden. Bewegliche optische Elemente können in ihrer Position verändert werden. Im Gegensatz dazu können veränderbare optische Elemente ihre optische Eigenschaft ändern, sie sind aber bezüglich ihrer Position unveränderbar ortsfest. Demzufolge ist eine Mehrfachspiegelanordnung (multi-mirror-array, MMA) mit Mikrospiegeln, wie sie im Zusammenhang mit den 3 bis 7 diskutiert wird, ein veränderbares optisches Element und kein bewegliches optisches Element, da nur die Ausrichtung der Mikrospiegel der Mehrfachspiegelanordnung nicht jedoch die Position der Mehrfachspiegelanordnung verändert wird.According to the invention, it has been recognized that it is possible to dispense with the replacement of optical elements and / or the movement of optical elements, in particular when measuring internal threads, if it is possible to equip the illumination module or the sensor with at least two adjacent focus areas instead of only a variable focus area , In addition, it has been recognized according to the invention that, in order to produce at least two different focus areas, it is necessary to generate two inclined ring bundles so that they can be deflected back by a deflecting element onto a surface to be measured as well as back to the detector, and on the other hand it is necessary to focus these two ring bundles differently, so that these ring bundles come to lie in different distant focal or field levels. In the context of the present invention, a distinction is made between movable and variable optical elements. Movable optical elements can be changed in position. In contrast, changeable optical elements can change their optical property, but they are immutable with respect to their position. Accordingly, a multi-mirror array (MMA) with micromirrors, as associated with the 3 to 7 is discussed, a variable optical element and not a movable optical element, since only the alignment of the micromirrors of the multi-mirror assembly but not the position of the multi-mirror assembly is changed.
In einer Ausführungsform weist das mindestens eine erste optische Element mindestens zwei zueinander geneigte und auf eine gemeinsame Symmetrieachse bezogene, konische Flächen auf. Ein Axikon mit zwei unterschiedlich geneigten Axikonflächen bzw. ein Doppelaxikon ist ein einfaches Mittel, um zwei zueinander geneigte Ringbündel mit gemeinsamer Symmetrieachse zu erzeugen. Darüber hinaus lässt sich ein solches Doppelaxikon für den sichtbaren Wellenlängenbereich durch ein Kunststoffspritzgussverfahren kostengünstig erzeugen. Als eine konische Fläche wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung im technischen Sinne und damit abweichend vom mathematischen Sinne die Außenfläche eines Kegels bzw. Kegelstumpfes verstanden.In one embodiment, the at least one first optical element has at least two mutually inclined and on a common axis of symmetry, conical surfaces. An axicon with two differently inclined axicon surfaces or a double axicon is a simple means for generating two mutually inclined annular bundles with a common axis of symmetry. In addition, such a double axicon for the visible wavelength range can be produced inexpensively by a plastic injection molding process. Within the scope of the present invention, a conical surface is understood in the technical sense, and thus deviating from the mathematical meaning, to be the outer surface of a cone or truncated cone.
In einer weiteren Ausführungsform bestehen die Mittel zur Brechung und/oder Beugung des Lichts aus Mitteln der Gruppe: Ring- bzw. Toroid-Linsen, Fresnell-Linsen, Zylinderlinsen, Mikrolinsen, Wabenkondensatoren und diffraktive optische Elemente (DOE). Diese genannten Mittel sind geeignet, benachbarte Bündel von Licht unterschiedlich entfernte Brennebenen zuzuordnen.In a further embodiment, the means for diffraction and / or diffraction of the light consist of means of the group: toroidal lenses, Fresnel lenses, cylindrical lenses, microlenses, honeycomb condensers and diffractive optical elements (DOE). These means are suitable for assigning adjacent bundles of light to focal planes of different distances.
In einer Ausführungsform ist das mindestens eine erste optische Element ein Axikon, dessen Vorderseite mindestens zwei zueinander geneigte konische Flächen aufweist und dessen Rückseite mindestens einen Oberflächenabschnitt aufweist, der sich durch den Oberflächenabschnitt eines Torus beschreiben lässt. Indem zum Beispiel die Rückseite eines Doppelaxikons mit einer Ringlinse versehen wird, ist es möglich, die Mittel zur Erzeugung geneigter Ringbündel und die Mittel zur Erzeugung unterschiedlicher Brennebenen für diese Ringbündel in einem optischen Element zu kombinieren, welches sich darüber hinaus noch durch ein Kunststoffspritzgussverfahren kostengünstig herstellen lässt.In one embodiment, the at least one first optical element is an axicon whose front side has at least two mutually inclined conical surfaces and whose rear side has at least one surface section that extends through the surface section of a torus can describe. For example, by providing the back side of a double axon with a ring lens, it is possible to combine the means for generating inclined ring bundles and the means for producing different focal planes for these ring bundles in an optical element which, moreover, are produced inexpensively by a plastic injection molding process leaves.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Umlenkelement mindestens zwei zueinander geneigte und auf eine gemeinsame Symmetrieachse bezogene, konische Flächen auf. Hierdurch kann die Blickrichtung zumindest für einen Fokusbereich auf die Oberfläche des Werkstücks geändert werden. Insbesondere bei Innengewinden ist eine geänderte Blickrichtung z. B. senkrecht auf die Gewindeflanken für eine Qualitätssicherung hilfreich. Dazu können die mindestens zwei zueinander geneigten Flächen einen Winkel von größer als 20° zwischen ihren Flächennormalen aufweisen. Insbesondere eine Ausführungsform, bei der das Umlenkelement mindestens drei geneigte und auf eine gemeinsame Symmetrieachse bezogene, konische Flächen aufweist und bei der mindestens zwei geneigten Flächen einen Winkel von größer als 5° zwischen ihren Flächennormalen aufweisen, erlaubt eine nahezu vollständige Erfassung eines Innengewindes aus mehreren senkrechten Richtungen auf die Gewindeflanken, den Kerndurchmesser und den Außendurchmesser.In a further embodiment, the deflecting element has at least two conical surfaces which are inclined relative to one another and are related to a common axis of symmetry. As a result, the viewing direction can be changed at least for a focus area on the surface of the workpiece. In particular, with internal threads a changed line of sight z. B. perpendicular to the thread flanks for quality assurance helpful. For this purpose, the at least two mutually inclined surfaces may have an angle of greater than 20 ° between their surface normals. In particular, an embodiment in which the deflection element has at least three inclined and on a common axis of symmetry, conical surfaces and having at least two inclined surfaces at an angle of greater than 5 ° between their surface normals, allows almost complete detection of an internal thread of a plurality of vertical Directions on the thread flanks, the core diameter and the outer diameter.
In einer Ausführungsform sendet die Lichtquelle des Beleuchtungsmoduls bzw. Sensors mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen aus, deren Wellenlängen sich um wenigstens 50 nm unterscheiden und das Beleuchtungsmodul weist einen Farblängsfehler für diese beiden Wellenlängen auf, der zwischen 10 μm und 1 mm beträgt. Durch die gezielte Ausnutzung des Farblängsfehler des Beleuchtungsmoduls lässt sich im Zusammenspiel mit einem farbauflösenden Detektor der Arbeitsbereich der mindestens zwei Fokusbereiche um den Betrag des Farblängsfehlers erweitern.In one embodiment, the light source of the illumination module or sensor emits at least two different wavelengths whose wavelengths differ by at least 50 nm and the illumination module has a longitudinal chromatic aberration for these two wavelengths which is between 10 μm and 1 mm. The targeted utilization of the longitudinal chromatic aberration of the illumination module in conjunction with a color-resolving detector makes it possible to expand the working range of the at least two focal areas by the amount of the longitudinal chromatic aberration.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Beleuchtungsmodul eine Wechselschnittstelle zur Ankopplung des Beleuchtungsmoduls an den Sensor auf. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Beleuchtungsmodul gegen ein anderes Beleuchtungsmodul, welches zum Beispiel für die Vermessung eines anderen Durchmessers ausgelegt ist, getauscht werden kann. Ferner ist durch eine Wechselschnittstelle die Nachrüstung von bestehenden optischen Sensoren mit einem erfindungsgemäßen Beleuchtungsmodul möglich.In a further embodiment, the illumination module has an exchange interface for coupling the illumination module to the sensor. This ensures that the lighting module can be exchanged for another lighting module, which is designed, for example, for the measurement of another diameter. Furthermore, the retrofitting of existing optical sensors with a lighting module according to the invention is possible by an exchange interface.
Die vorliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch einen optischen Sensor für ein Koordinatenmessgerät zur Vermessung einer Oberfläche eines Werkstücks umfassend ein erfindungsgemäßes Beleuchtungsmodul und mindestens einen Detektor, der flächenmäßig zur Erfassung von Intensitätssignalen von Licht aus den mindestens zwei räumlich voneinander getrennten, zumindest teilweise bogenförmig ausgebildeten Fokusbereichen ausgebildet ist.The present object is further achieved by an optical sensor for a coordinate measuring machine for measuring a surface of a workpiece comprising an illumination module according to the invention and at least one detector formed areally for detecting intensity signals of light from the at least two spatially separated, at least partially arcuate focal areas is.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments of the invention with reference to the figures, the essential details of the invention show, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In diesen zeigtEmbodiments of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. In these shows
1 eine schematische Darstellung eines optischen Sensors des Standes der Technik entsprechend der 11 aus EP 2 093 536 A1 ; 1 a schematic representation of an optical sensor of the prior art according to the 11 out EP 2 093 536 A1 ;
2 eine schematische Darstellung einer ersten alternativen Ausführungsform eines konfokalen Sensors im Vergleich zu 1; 2 a schematic representation of a first alternative embodiment of a confocal sensor compared to 1 ;
3 eine schematische Darstellung einer zweiten alternativen und erfindungsgemäßen Ausführungsform eines konfokalen Sensors im Vergleich zu 1; 3 a schematic representation of a second alternative and inventive embodiment of a confocal sensor compared to 1 ;
4 eine schematische Darstellung einer dritten alternativen Ausführungsform eines konfokalen Sensors im Vergleich zu 1; 4 a schematic representation of a third alternative embodiment of a confocal sensor compared to 1 ;
5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Sensors basierend auf der Weißlichtinterferometrie; 5 a schematic representation of an embodiment of a sensor based on the white light interferometry;
6 ein schematische Darstellung eines alternativen und erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls bzw. Sensors im Vergleich zu 3; und 6 a schematic representation of an alternative and inventive lighting module or sensor compared to 3 ; and
7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls bzw. Sensors. 7 a schematic representation of another embodiment of a lighting module or sensor according to the invention.
1 zeigt einen optischen Sensor 30 des Standes der Technik für ein Koordinatenmessgerät zur Erfassung von Oberflächenkoordinaten eines Werkstücks 7 umfassend mindestens eine Lichtquelle 1 und mindestens einen Detektor 10 sowie optische Elemente 2, 3, 4, 5, 6 und 9 zur Führung des Lichts einerseits auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle 1 auf die Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 und andererseits auf dem Rückweg von der Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 zu dem mindestens einen Detektor 10, wobei einige der genannten optischen Elemente 4, 5, 6 und 6a sowohl für die Strahlführung auf dem Hinweg als auch für die Strahlführung auf dem Rückweg genutzt werden und wobei mindestens eines dieser genannten optischen Elemente ein Umlenkelement 6a ist, das auf dem Hinweg für eine Umlenkung des Lichts auf die Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 und auf dem Rückweg für eine Umlenkung des Lichts zu dem mindestens einen Detektor 10 sorgt, wobei auf dem Hinweg durch das Umlenkelement 6a der Fokusbereich des Sensors 30 zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet wird und wobei der mindestens eine Detektor 10 flächenmäßig zur Erfassung von Intensitätssignalen von Licht aus diesem zumindest teilweise bogenförmigen Fokusbereich ausgebildet ist. 1 shows an optical sensor 30 of the prior art for a coordinate measuring machine for detecting surface coordinates of a workpiece 7 comprising at least one light source 1 and at least one detector 10 as well as optical elements 2 . 3 . 4 . 5 . 6 and 9 for guiding the light on the one hand on the way from the at least one light source 1 on the surface 7a of the workpiece to be measured 7 and on the other hand on the way back from the surface 7a of the workpiece to be measured 7 to the at least one detector 10 , wherein some of the mentioned optical elements 4 . 5 . 6 and 6a be used both for the beam guidance on the way out and for the beam guidance on the way back and wherein at least one of said optical elements is a deflection element 6a This is on the way out for a redirection of light to the surface 7a of the workpiece to be measured 7 and on the way back for a deflection of the light to the at least one detector 10 ensures, on the way through the deflector 6a the focus area of the sensor 30 is formed at least partially arcuate and wherein the at least one detector 10 in terms of area for detecting intensity signals of light from this at least partially arcuate focus area is formed.
Der in 1 dargestellte optische Sensor 30 entspricht samt den Bezugszeichen dem in 11 der EP 2 093 536 A1 offenbarten Sensor, lediglich das Bezugszeichen 7a für die Oberfläche des Werkstücks 7 wurde ergänzt. Ferner wurde das optische Element 6 in der 1 nicht in einer abgesetzten Form wie in der 11 der EP 2 093 536 A1 sondern als Vollzylinder dargestellt. Darüber hinaus wurde in der 1 im Gegensatz zu der 11 mehr Platz für den Lichtweg zwischen der Kollimationslinse 2 und dem Axikon 3 eingeräumt. Ein weiterer Unterschied der hier vorliegenden 1 zu der 11 der EP 2 093 536 A1 ergibt sich daraus, dass die Lage der Blende 8 in der 11 unterhalb der Linse 9 der Lage einer Pupillenebene entspricht und die Lage der Blende 8 in der vorliegenden 1 oberhalb der Linse 9 gemäß dem Ort der kleinsten Einschnürung der Lichtstrahlen gewählt wurde. Ferner ist festzuhalten, dass in der 11 der EP 2 093 536 A1 Lichtstrahlen oberhalb des Strahlteilers 4 eingezeichnet sind, die in der Realität nicht existieren. Dies betrifft die äußersten Lichtstrahlen am Detektor 10 der 11 der EP 2 093 536 A1 . Vermutlich wurden diese nicht existierenden Lichtstrahlen zur Verdeutlichung der Pupillenebene und damit der Lage der Blende 8 in die 11 der EP 2 093 536 A1 aufgenommen. Eine korrekte Darstellung der Lichtstrahlen ohne diese nicht existierenden Lichtstrahlen findet sich dagegen in der nachfolgenden 12 der EP 2 093 536 A1 .The in 1 illustrated optical sensor 30 corresponds together with the reference numerals in 11 of the EP 2 093 536 A1 disclosed sensor, only the reference numeral 7a for the surface of the workpiece 7 was supplemented. Further, the optical element became 6 in the 1 not in a detached form as in the 11 of the EP 2 093 536 A1 but shown as a solid cylinder. In addition, in the 1 in contrast to the 11 more space for the light path between the collimation lens 2 and the axicon 3 granted. Another difference of the present here 1 to the 11 of the EP 2 093 536 A1 It follows that the position of the aperture 8th in the 11 below the lens 9 the position corresponds to a pupil plane and the position of the aperture 8th in the present 1 above the lens 9 was selected according to the location of the smallest constriction of the light rays. It should also be noted that in the 11 of the EP 2 093 536 A1 Light rays above the beam splitter 4 that do not exist in reality. This affects the outermost beams of light at the detector 10 of the 11 of the EP 2 093 536 A1 , Presumably, these non-existent light rays were used to clarify the pupil plane and thus the position of the diaphragm 8th in the 11 of the EP 2 093 536 A1 added. A correct representation of the light rays without these nonexistent light rays, however, can be found in the following 12 of the EP 2 093 536 A1 ,
Die Funktionsweise des in 1 dargestellten Sensors 30 wird im Folgenden kurz erläutert. Darüber hinaus wird auf die Offenbarung der EP 2 093 536 hinsichtlich der Funktionsweise dieses Sensors verwiesen, welche hiermit vollumfänglich für die Beschreibung des Sensors 30 der 1 in Bezug genommen wird.The functioning of the in 1 represented sensor 30 is briefly explained below. In addition, the revelation of the EP 2 093 536 with regard to the operation of this sensor, which is hereby fully for the description of the sensor 30 of the 1 is referred to.
Der in 1 dargestellte Sensor 30 eignet sich insbesondere zur Vermessung der Oberflächenkoordinaten der Innenseiten von Bohrlöchern eines Werkstücks 7, da der Sensor 30 in der Lage ist, den auf die Innenwand bzw. Oberfläche 7a in Form eines Rings projizierte Fokusbereich des Sensors 30 mittels nur einer Messung vollständig auf den Detektor 10 abzubilden. Dazu wird das Licht der Lichtquelle 1 zunächst durch eine Kollimationslinse 2 kollimiert, d. h. nahezu parallel zur optischen Achse ausgerichtet. Ein nachfolgendes Axikon 3 sorgt für eine Zerlegung des parallel ausgerichteten Lichts in ein umfänglich geschlossenes Ringbündel, wobei das Ringbündel nachfolgend eine konstante Neigung zur optischen Achse aufweist. Ein dem Axikon 3 im Hinweg des Lichts nachfolgender Strahlteiler 4 lenkt das Ringbündel in Richtung einer Linse 5 um.The in 1 illustrated sensor 30 is particularly suitable for measuring the surface coordinates of the insides of boreholes of a workpiece 7 because the sensor 30 is capable of acting on the inner wall or surface 7a in the form of a ring projected focus area of the sensor 30 completely onto the detector with just one measurement 10 map. In addition, the light of the light source 1 first through a collimating lens 2 collimated, that is aligned almost parallel to the optical axis. A subsequent axicon 3 provides for a decomposition of the parallel aligned light in a circumferentially closed ring bundle, wherein the ring bundle subsequently has a constant inclination to the optical axis. An axicon 3 in the way of the light following beam splitter 4 directs the ring bundle in the direction of a lens 5 around.
Aufgrund der Tatsache, dass sich das Axikon 3 in etwa der Ebene der vorderen Schnitt- bzw. Brennweite der nachfolgenden Linse 5 befindet, werden diejenigen Lichtstrahlen des Ringbündels, die zuvor annähernd durch die Spitze des Axikons gelaufen sind und somit von einem Punkt der optischen Achse ihren Ausgang nehmen, durch die Linse 5 parallel zu der optischen Achse ausgerichtet. Der laterale Abstand dieser Strahlen zur optischen Achse bzw. die sogenannte Höhe h beträgt nach der Linse 5 dann entsprechend h = f·sinα, wobei f die Brennweite der Linse 5 und α der Neigungswinkel gegenüber der optischen Achse beim Axikon 3 ist. Durch die parallele Ausrichtung dieser Strahlen zur optischen Achse gelangen diese Strahlen durch die der Linse 5 nachfolgenden Planoptiken, insbesondere den in einen transparenten Zylinder 6 eingebetteten bzw. eingearbeiteten Umlenkkonus 6a nahezu senkrecht auf die zu vermessende Innenwand 7a des Bohrlochs bzw. Werkstücks 7 und werden daher in sich reflektiert, wodurch diese Strahlen den gleichen Pfad für den Hin- und den Rückweg zwischen Strahlteiler 4 und Oberfläche 7a einnehmen. Auf dem Rückweg durchtreten diese Strahlen allerdings den Strahlteiler 4 und gelangen zu dem Detektor 10.Due to the fact that the axicon 3 in about the plane of the front focal length of the subsequent lens 5 are located, the rays of light of the ring bundle, which have previously been approximately through the tip of the axicon and thus take their exit from a point of the optical axis, through the lens 5 aligned parallel to the optical axis. The lateral distance of these rays to the optical axis or the so-called height h is after the lens 5 then h = f · sinα, where f is the focal length of the lens 5 and α is the angle of inclination to the optical axis of the axicon 3 is. Due to the parallel alignment of these rays to the optical axis, these rays pass through the lens 5 subsequent planar optics, in particular the in a transparent cylinder 6 embedded or incorporated deflection cone 6a almost perpendicular to the inner wall to be measured 7a of the borehole or workpiece 7 and are therefore reflected in themselves, making these rays the same path for the outward and return path between beam splitters 4 and surface 7a taking. On the way back, however, these rays pass through the beam splitter 4 and get to the detector 10 ,
Der ringförmige Fokusbereich entsteht nun dadurch, dass nicht nur die Strahlen aus der Axikonspitze sondern alle Strahlen nach dem Axikon 3 den gleichen Neigungswinkel zur optischen Achse aufweisen. Da das Axikon 3 sich in etwa im Brennpunkt der Linse 5 befindet, stellt die Ebene des Axikons eine Beleuchtungspupillenebene des Sensors 3 dar. Gemäß der allgemeinen optischen Fourier-Beziehungen zwischen Feld- und Pupillenebenen, die selbst bei einer einzelnen Linse 5 gegeben sind, sammeln sich alle Strahlen, die in einer Beleuchtungspupillenebene einer Optik der Brennweite f mit dem gleichen Neigungswinkel α starten, in der Beleuchtungsfeldebene in einem Punkt mit dem lateralen Abstand h = f·sinα zur optische Achse. D. h. mit anderen Worten, die Erzeugung eines zur optischen Achse rotationssymmetrischen Ringbündels mit konstanter Neigung der Strahlen des Ringbündels zur optischen Achse in der Beleuchtungspupillenebene des Sensors 30 durch das Axikon 3 führt aufgrund der optischen Fourier-Beziehung von Feld- und Pupillenebenen automatisch zur Erzeugung eines ringförmigen Fokusbereichs in der Feldebene des Sensors 30. Dieser durch die geneigten Strahlen erzeugte ringförmige Fokusbereich wird bei dem Sensor 30 der 1 durch einen verspiegelten Konus 6a am Ende eines transparenten Zylinderelements 6 auf die zu vermessende Oberfläche 7a des Werkstücks 7 umgelenkt.The annular focus area is created by the fact that not only the rays from the axicon tip but all the rays after the axicon 3 have the same inclination angle to the optical axis. Because the axicon 3 at about the focal point of the lens 5 the plane of the axicon represents an illumination pupil plane of the sensor 3 According to the general optical Fourier relationships between field and pupil planes, even with a single lens 5 are given, collect all the rays that start in an illumination pupil plane of optics of the focal length f with the same inclination angle α, in the illumination field plane in a point with the lateral distance h = f · sinα to the optical axis. Ie. in other words, the generation of a rotationally symmetrical to the optical axis ring bundle with a constant inclination of the rays of the ring bundle to the optical axis in the illumination pupil plane of the sensor 30 through the axicon 3 due to the optical Fourier relationship of field and pupil planes automatically leads to the generation of an annular Focus area in the field plane of the sensor 30 , This annular focus area generated by the inclined beams becomes the sensor 30 of the 1 through a mirrored cone 6a at the end of a transparent cylinder element 6 on the surface to be measured 7a of the workpiece 7 diverted.
Ohne die Erzeugung geneigter Strahlen durch das Axikon 3 würden sich alle ansonsten parallele Strahlen aufgrund h = f·sin0° = 0 mm in einem Fokuspunkt auf der optischen Achse sammeln. Hierdurch wäre es nicht möglich, die Strahlen mit dem Umlenkkonus 6a auf dem Hinweg und auf dem Rückweg umzulenken. Die Strahlen würden in diesem Fall auf dem Rückweg die optische Achse oberhalb des Konus schneiden und somit den Konus für eine weitere Umlenkung in Richtung des Detektors 10 verfehlen.Without generating inclined rays through the axicon 3 For example, all otherwise parallel rays would collect at a focal point on the optical axis due to h = f.sin0.d = 0 mm. As a result, it would not be possible, the rays with the deflection cone 6a to divert on the way and on the way back. In this case, on the return path, the beams would cut the optical axis above the cone and thus the cone for a further deflection in the direction of the detector 10 to miss.
In der EP 2 093 536 A1 ist im Zusammenhang mit der dortigen 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensors 30 des Standes der Technik gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden hintereinander gestaffelte Blenden als weitere Möglichkeit zur gezielten Auswahl geneigter bzw. schiefwinkliger Strahlen offenbart. Diese Lösung hat jedoch größere Lichtverluste aufgrund der Blenden zur Folge.In the EP 2 093 536 A1 is related to the local 1 another embodiment of a sensor 30 of the prior art. In this embodiment, successive staggered apertures are disclosed as a further possibility for the targeted selection of inclined or oblique-angle beams. However, this solution results in greater light losses due to the apertures.
Die durch den ringförmigen Fokusbereich beleuchteten Oberflächenabschnitte der Oberfläche 7a werden bei dem Sensor 30 der 1 durch zwei Linsen 5 und 9 auf einen zweidimensionalen Detektor, zum Beispiel einen CCD- oder CMOS-Chip, abgebildet. D. h. mit anderen Worten, es werden mittels einer digitalen Kamera Aufnahmen der beleuchteten Oberflächenabschnitte getätigt. Zur Ermittlung der Koordinaten der beleuchteten Oberflächenabschnitte kann dann aus den getätigten Aufnahmen die Verbreiterung der aufgenommenen Fokuslinie entsprechend dem im Zusammenhang mit der 12 der EP 2 093 536 A1 diskutierten Verfahrens ermittelt werden. Hierzu wird auf die vollumfänglich in Bezug genommene EP 2 093 536 A1 und die dortige Figurenbeschreibung zur 12 verwiesen. Allerdings ist es auch möglich, den Abstand des Zylinders 6 und damit des Umlenkkonus 6a gegenüber dem restlichen Sensor 30 zu variieren und damit verschiedene Aufnahmen des beleuchteten Oberflächenabschnitts bei verschiedenen Fokuslagen zu tätigen. Anschließend kann dann softwaretechnisch für den jeweiligen Teilabschnitt die beste Fokuslage und damit dessen Koordinate durch eine Kontrast- bzw. Schärfeauswertung der Bilder ermittelt werden. Diese Methode ist unter dem Begriff Fokusvariation bekannt.The illuminated by the annular focus area surface portions of the surface 7a be at the sensor 30 of the 1 through two lenses 5 and 9 onto a two-dimensional detector, for example a CCD or CMOS chip. Ie. In other words, recordings of the illuminated surface sections are made by means of a digital camera. In order to determine the coordinates of the illuminated surface sections, the broadening of the recorded focal line corresponding to that in connection with FIG 12 of the EP 2 093 536 A1 be discussed method. For this purpose, reference is made to the fully incorporated EP 2 093 536 A1 and the local description of the figure for 12 directed. However, it is also possible to change the distance of the cylinder 6 and thus the deflection cone 6a opposite the rest of the sensor 30 to vary and thus make various shots of the illuminated surface portion at different focal positions. Subsequently, the best focus position and thus its coordinate can be determined by software for the respective subsection by a contrast or sharpness evaluation of the images. This method is known as focus variation.
Alternativ kann auch konfokal mittels einer oder mehrere Blenden 8 die richtige Fokuslage bei der Fokusvariation ermittelt werden. Hierbei wird dann nicht auf die Schärfe des Bildes sondern auf dessen Intensität optimiert. Bei dieser alternativen konfokalen Messtechnik könnte es allerdings notwendig sein, eine oder mehrere variable und entlang der optischen Achse fahrbare Blenden 8 zu nutzen, um die optimale Position und den optimalen Durchmesser der Blende 8 in Abhängigkeit von der gewählten Fokuslage einzustellen. Solche Blenden sind aus der Digitalfotografie bekannt.Alternatively, confocal by means of one or more apertures 8th the correct focus position in the focus variation can be determined. In this case, the focus is not optimized on the sharpness of the image but on its intensity. However, in this alternative confocal measurement technique, it may be necessary to have one or more variable apertures movable along the optical axis 8th to use the optimal position and diameter of the aperture 8th depending on the selected focus position. Such apertures are known from digital photography.
Zu beachten ist noch, dass bei dem Sensor 30 der 1 selbst bei einem Tausch des Axikons 3 gegen ein anderes Axikon, welches Lichtstrahlen mit größerem Neigungswinkeln β erzeugt, dies zwar aufgrund β > α zu einem größeren Abstand h' = f·sinβ > h = f·sinα der Strahlen zur optischen Achse nachfolgend der Linse 5 führen würde, sich allerdings die Fokuslage des Sensors 30 hierdurch nicht ändern würde, da diese nur von der Brennweite der Linse 5 und eventuell auch zusätzlich von dem Abstand des Umlenkkonus 6a zum restlichen Sensor abhängt. D. h. mit anderen Worten, alle von einer Pupillenebene ausgehenden Strahlen sammeln sich in ein und derselben Feldebene, die mit großem Winkel in der Pupille sammeln sich bei einer großen Feldhöhe und die mir kleinem Winkel in der Pupille sammeln sich bei einer kleinen Feldhöhe. Es lässt sich jedoch nicht mit einer Variation der Winkel in der Pupille die Lage der Feldebene entlang der optischen Achse verschieben.It should be noted that the sensor 30 of the 1 even with an exchange of the axicon 3 against another axicon which generates light rays with a larger inclination angle β, this being due to β> α to a larger distance h '= f · sinβ> h = f · sinα of the rays to the optical axis following the lens 5 would lead, however, the focus of the sensor 30 This would not change, as this only depends on the focal length of the lens 5 and possibly also in addition to the distance of the deflection cone 6a depends on the rest of the sensor. Ie. in other words, all the rays emanating from a pupil plane collect in one and the same field plane, those with a large angle in the pupil gather at a large field height, and the small angle in the pupil accumulates at a small field height. However, it is not possible to shift the position of the field plane along the optical axis with a variation of the angles in the pupil.
Die 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines alternativen konfokalen Sensors 31a bzw. Beleuchtungsmoduls 41a, der bzw. das zusätzlich gegenüber dem Sensor 30 des Standes der Technik in 1 ein axial bewegliches Axikon 3 und ein gestrichelt dargestelltes diffraktives optisches Element 5f bzw. optisches Element mit einer Freiformoberfläche 5f aufweist. Das Beleuchtungsmodul 41a ist dabei der im unteren Teil der 2 dargestellte Teil des Sensors 31a. Die gestrichelt eingezeichneten Linie zwischen dem oberen Teil des Sensors 31a ab der Linse 9 aufwärts und dem Beleuchtungsmodul 41a ab der Blende 8 abwärts stellt dabei eine mögliche und sinnvolle Trennebene zwischen diesen beiden Teilen des Sensors 31a dar. In dieser Ebene kann eine Wechselschnittstelle zum Einwechseln bzw. Ankoppeln verschiedener Beleuchtungsmodule an den Sensor 31a vorgesehen sein. Diese wechselbaren Beleuchtungsmodule können dabei auf verschiedenen eingangs erwähnten Messtechniken basieren, entsprechend den 3 bis 5 ausgeführt oder für verschiedene Messaufgaben angepasst sein. Die 3 bis 5 weisen entsprechende Trennebenen zum Einwechseln bzw. Ankoppeln verschiedener Beleuchtungsmodule an alternative Sensoren auf. Die 6 zeigt hingegen ein alternatives Beleuchtungsmodul 41e, welches zum Einwechseln bzw. Ankoppeln an den Sensor 31e mit einer alternativen Trennebene vorgesehen ist.The 2 shows a first embodiment of an alternative confocal sensor 31a or lighting module 41a , the or in addition to the sensor 30 of the prior art in 1 an axially movable axicon 3 and a dashed line diffractive optical element 5f or optical element with a freeform surface 5f having. The lighting module 41a is in the lower part of the 2 represented part of the sensor 31a , The dashed line between the upper part of the sensor 31a from the lens 9 upwards and the lighting module 41a from the aperture 8th downwards represents a possible and sensible parting plane between these two parts of the sensor 31a In this level, an exchange interface for switching or coupling different lighting modules to the sensor 31a be provided. These exchangeable lighting modules can be based on various measuring techniques mentioned in the beginning, according to the 3 to 5 be executed or adapted for different measurement tasks. The 3 to 5 have corresponding parting planes for exchanging or coupling different lighting modules to alternative sensors. The 6 shows an alternative lighting module 41e , which for changing or coupling to the sensor 31e is provided with an alternative parting plane.
Zunächst wird nachfolgend ohne Berücksichtigung des gestrichelt dargestellten Elements 5f im Rahmen der 2 erläutert, was passiert, wenn das Axikon 3 bei einem Sensor 30 des Standes der Technik von seiner in der 1 dargestellten Position um den in der 2 dargestellten Verschiebevektor a axial in Richtung der Lichtquelle 1 versetzt wird. Durch diese Verschiebung des Axikons 3 ändert sich die Neigung der Strahlen nicht. D. h. die Strahlen starten an der ehemaligen Position des Axikons 3 und damit in der Pupille nach wie vor mit der gleichen Neigung zur optischen Achse. Allerdings ist das Ringbündel bei dem um den Vektor a verschobenen Axikon 3 jetzt in der Pupille lateral aufgeweitet, d. h., die Orte der Strahlen des Ringbündels in der Pupille befinden sich weiter von der optischen Achse entfernt als in 1. Dies ist in der 2 dadurch graphisch dargestellt, dass die Strahlen der Axikonspitze, welche in der 1 noch den äußeren Rand des Ringbündels auf der nachfolgenden Linse 5 gebildet haben, in der 2 nun den inneren Rand des Ringbündels auf der nachfolgenden Linse 5 darstellen. Somit durchläuft das Ringbündel in der 2 einen weiter außen liegenden Bereich der Linse 5 als in der 1.First, without taking into account the dashed line element below 5f in the Frame the 2 explains what happens when the axicon 3 with a sensor 30 of the prior art of his in the 1 position shown in the 2 shown displacement vector a axially in the direction of the light source 1 is offset. Through this shift of the axicon 3 the inclination of the rays does not change. Ie. the rays start at the former position of the axicon 3 and thus in the pupil still with the same inclination to the optical axis. However, the ring bundle is at the axicon displaced by the vector a 3 now laterally widened in the pupil, ie, the locations of the rays of the ring bundle in the pupil are farther from the optical axis than in 1 , This is in the 2 represented graphically that the rays of Axikonspitze, which in the 1 still the outer edge of the ring bundle on the subsequent lens 5 have formed in the 2 now the inner edge of the ring bundle on the subsequent lens 5 represent. Thus, the ring bundle passes through in the 2 a further outward portion of the lens 5 as in the 1 ,
Grundsätzlich treffen sich Strahlen gleicher Neigung in der Pupille bei idealen Linsen gemäß der Fourier-Beziehung am gleichen Feldpunkt. Eine reelle Linse hingegen weicht von diesem Ideal jedoch aufgrund ihrer Bildfehler leicht ab, insbesondere der Bildfehler der sphärischen Aberration ist dafür verantwortlich, dass Lichtstrahlen, welche eine Linse weiter außen treffen sich in einem Brennpunkt mit einem geringeren Abstand zur Linse sammeln. Diese Brennpunkt-Abweichung der reellen Linse 5 von einer idealen Linse aufgrund der sphärischen Aberration ist in der 2 als eine Verschiebung der Fokuslage durch den Vektor b repräsentiert. Mit Hilfe dieser veränderten Fokuslage wäre es dann möglich, ein anderes Bohrloch 7 mit einem geringeren Durchmesser zu vermessen. Ein solches Bohrloch ist in der 2 gestrichelt dargestellt. Entsprechend der zum Sensor 30 hin verkürzten Fokuslage reduziert sich auch der Durchmesser des Bohrlochs auf dem Detektor 10 um den Vektor c. Der Vektor c ist dabei in den Figuren übertrieben groß und daher nicht maßstabsgerecht dargestellt.In principle, rays of the same inclination in the pupil meet with ideal lenses according to the Fourier relation at the same field point. A real lens, on the other hand, differs slightly from this ideal because of its aberrations, and in particular the aberration of spherical aberration is responsible for collimating rays of light which meet a lens farther out at a focal point closer to the lens. This focal deviation of the real lens 5 from an ideal lens due to the spherical aberration is in the 2 is represented as a shift of the focus position by the vector b. With the help of this changed focus position, it would then be possible to another hole 7 to measure with a smaller diameter. Such a borehole is in the 2 shown in dashed lines. According to the sensor 30 shortened focal position also reduces the diameter of the borehole on the detector 10 around the vector c. The vector c is exaggerated in the figures and therefore not shown to scale.
Allerdings ist die Linse 5 bei dem optischen Sensor 30 und bei dem optischen Sensor 31a auch für die Abbildung auf den Detektor 10 vorgesehen und damit dahingehend optisch ausgewählt, dass sie keine große sphärische Aberration aufweist, welche die Abbildung und die Datenerfassung auf dem Detektor 10 erschweren würde. Somit ist der in der 2 stark überzogen dargestellte Fokuseffekt der Linse 5 bei dem Sensor 30 des Standes der Technik zum Beispiel nicht ausreichend, um die für die Vermessung eines Innengewindes notwendige Variation von mehreren Millimeter in der Fokuslage ausschließlich durch eine Veränderung der Position des Axikons 3 bereitzustellen.However, the lens is 5 at the optical sensor 30 and at the optical sensor 31a also for the picture on the detector 10 and optically selected so that it does not have a large spherical aberration, which is the imaging and data acquisition on the detector 10 would complicate. Thus, in the 2 strongly coated focus effect of the lens 5 at the sensor 30 For example, in the prior art, it is not sufficient to provide the variation of several millimeters in focus position necessary for measuring an internal thread solely by changing the position of the axicon 3 provide.
Allerdings ist es möglich, diese Variation der Fokuslage durch ein optisches Element 5f bereitzustellen, welches anstatt oder zusätzlich zur Linse 5 eine Variation der Fokuslage ermöglicht. Ein solches Element 5f kann nun ein diffraktives optisches Element (DOE) und/oder ein optisches Element mit einer Freiformoptik sein. Beide genannten optischen Elemente oder auch ein Element, welches beide genannten Eigenschaften vereint, sind bzw. ist in der Lage, abhängig von jeweiligen Auftreffort der Strahlen auf dem Element eine entsprechende Fokuslage bereitzustellen. Bei dem optischen Element mit Freiformoptik wäre es zum Beispiel denkbar, eine rotationssymmetrische asphärische Oberflächenform analog der für Spiegelteleskope bekannten Schmidtplatte zu wählen. Eine solche Schmidtplatte lässt sich kostengünstig herstellen. Auch Hologramme, insbesondere sogenannte Computer generierte Hologramme (CGH) werden im Rahmen dieser Anmeldung unter den Begriff diffraktive optische Elemente subsummiert.However, it is possible this variation of focus position by an optical element 5f to provide, which instead of or in addition to the lens 5 allows a variation of the focus position. Such an element 5f may now be a diffractive optical element (DOE) and / or an optical element with a freeform optics. Both said optical elements or an element which combines both properties mentioned, are or is able to provide a corresponding focal position depending on the respective impact of the rays on the element. In the case of the optical element with free-form optics, it would be conceivable, for example, to choose a rotationally symmetrical aspherical surface form analogous to the Schmidt plate known for mirror telescopes. Such a Schmidt plate can be produced inexpensively. Also holograms, in particular so-called computer-generated holograms (CGH) are subsumed in the context of this application under the term diffractive optical elements.
Der Sensor 31a bzw. das Beleuchtungsmodul 41a der 2 zeichnet sich somit dadurch aus, dass ein diffraktives optisches Element 5f und/oder ein optisches Element mit einer Freiformoberfläche 5f zumindest auf dem Hinweg des Lichts zur Oberfläche 7a des Werkstücks 7 zwischen der mindestens einen Lichtquelle 1 und der Oberfläche 7a des Werkstücks 7 angeordnet ist, wobei zwischen der mindestens einen Lichtquelle 1 und dem diffrativen optischen Element 5f und/oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche 5f ein bewegliches und/oder veränderbares optisches Element 3 angeordnet ist und wobei mit Hilfe des beweglichen und/oder veränderbaren optischen Elements 3 der Auftreffort des Lichts auf dem diffraktiven optischen Element 5f und/oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche 5f zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle 1 zu der Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 verändert werden kann.The sensor 31a or the lighting module 41a of the 2 is characterized by the fact that a diffractive optical element 5f and / or an optical element having a free-form surface 5f at least on the way of the light to the surface 7a of the workpiece 7 between the at least one light source 1 and the surface 7a of the workpiece 7 is arranged, wherein between the at least one light source 1 and the diffrative optical element 5f and / or the optical element with the free-form surface 5f a movable and / or variable optical element 3 is arranged and wherein by means of the movable and / or variable optical element 3 the location of the light on the diffractive optical element 5f and / or the optical element with the free-form surface 5f at least on the way from the at least one light source 1 to the surface 7a of the workpiece to be measured 7 can be changed.
Die Fokusvariation beträgt dabei bei dem Sensor 31a bzw. dem Beleuchtungsmodul 41a zwischen 0,5 und 200 mm, um sowohl Innengewinde als auch Zylinderbohrungen innerhalb von Motorblöcken vermessen zu können. Entsprechende diffraktive optische Elemente 5f und/oder optische Elemente mit einer Freiformoptik 5f, die eine Brennweitenvariation von 200 mm aufweisen, sind ohne großen technologischen Aufwand für den sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Wellenlängenbereich herstellbar. Zum Beispiel sind Spritzgussformen zur Herstellung asphärischer Kunststofflinsen für Digitalkameras seit vielen Jahren bekannt.The focus variation is in the case of the sensor 31a or the lighting module 41a between 0.5 and 200 mm in order to be able to measure both internal threads and cylinder bores within engine blocks. Corresponding diffractive optical elements 5f and / or optical elements with a freeform optics 5f , which have a focal length variation of 200 mm, can be produced without much technological effort for the visible, ultraviolet or infrared wavelength range. For example, injection molds for producing aspheric plastic lenses for digital cameras have been known for many years.
Als optisches Element mit einer Freiformoptik 5f werden auch toroidale optische Element wie zum Beispiel eine Ringlinse oder eine Anordnung mehrerer ineinander geschachtelter separater Ringlinsen verstanden. Dementsprechend kann ein optisches Element mit Freiformoptik 5f auch aus nebeneinander angeordneten einzelnen optischen Elementen bestehen, deren optisch wirksamen Flächen Teilabschnitte einer Freiformoberfläche darstellen.As an optical element with a freeform look 5f are also toroidal optical element such as a ring lens or an arrangement of several nested separate Ring lenses understood. Accordingly, an optical element with freeform optics 5f also consist of juxtaposed individual optical elements whose optically active surfaces represent subsections of a free-form surface.
Alternativ zu einem in der 2 dargestellten Axikon 3 kann auch ein sogenanntes refraktives optisches Element eingesetzt werden, dessen Oberflächenparzellen entsprechend einer Fresnellinse lokal die Neigung der Axikonflächen nachbilden. Ferner kann die Funktionalität eines Axikons 3 auch durch ein diffraktives optisches Element nachgebildet werden. Beide genannten Alternativen sind jedoch mit erhöhten Herstellkosten verbunden.Alternatively to one in the 2 illustrated axicon 3 It is also possible to use a so-called refractive optical element whose surface parcels locally reproduce the inclination of the axial surfaces in accordance with a Fresnel lens. Furthermore, the functionality of an axicon 3 be simulated by a diffractive optical element. However, both alternatives mentioned are associated with increased production costs.
Die Auswertung der am Detektor 10 des erfindungsgemäßen Sensors 31a aufgenommenen Intensitätssignale kann entsprechend der oben im Zusammenhang mit dem Sensor 30 der 1 bereits besprochenen Methoden erfolgen. Hierbei kann insbesondere für konfokale Methoden eine Ringblende 8 statt der in der 2 dargestellten Blende 8 eingesetzt werden.The evaluation of the at the detector 10 the sensor according to the invention 31a recorded intensity signals can according to the above in connection with the sensor 30 1 of the methods already discussed. In this case, in particular for confocal methods, a ring stop 8th instead of in the 2 shown aperture 8th be used.
Die 3 zeigt ein zweites alternatives und erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Sensors 31b bzw. eines Beleuchtungsmoduls 41b im Vergleich zu 1 bzw. 2 bei dem das axial bewegliche Axikon 3 gegen eine veränderbare Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) getauscht wurde. Diese Mehrfachspiegelanordnung MMA kann durch andere Winkelstellungen der einzelnen Mikro-Kippspiegel den Auftreffort auf dem optischen Element 5f und somit dessen Fokuslage variieren. Da Mehrfachspiegelanordnungen für Projektoren in ihrer Funktionsweise hinlänglich bekannt sind, wird auf eine eingehende Diskussion im Rahmen dieser Anmeldung verzichtet. Mehrfachspiegelanordnungen MMAs können als separate Einheiten kostengünstig von verschiedenen Herstellern inklusiver entsprechender Ansteuersoftware bezogen werden. Dabei könne diese für Projektoren vorgesehenen MMAs direkt auch für den Sensor 31b bzw. das Beleuchtungsmodul 41b eingesetzt werden, da die optischen Anforderungen an Baugröße, Kippwinkel, Größe der Mikrospiegel und Wellenlängen sich bei dem Sensor 31b bzw. dem Beleuchtungsmodul 41b nicht von denjenigen Anforderung eines Projektors zur Projektion eines Computerbildschirms auf eine Leinwand unterscheiden.The 3 shows a second alternative and inventive embodiment of a sensor 31b or a lighting module 41b compared to 1 respectively. 2 in which the axially movable axicon 3 was exchanged for a changeable multi-mirror array (MMA). This multi-mirror arrangement MMA can by other angular positions of the individual micro-tilt mirror the impact on the optical element 5f and thus its focus position vary. Since multi-mirror arrangements for projectors are well known in their mode of operation, a detailed discussion in the context of this application is dispensed with. Multiple mirror arrangements MMAs can be obtained as separate units cost-effectively from different manufacturers including corresponding control software. In the process, these MMAs provided for projectors can also be used directly for the sensor 31b or the lighting module 41b be used because the optical requirements of size, tilt angle, size of the micromirrors and wavelengths in the sensor 31b or the lighting module 41b do not differ from those requesting a projector to project a computer screen onto a screen.
Die 4 zeigt ein drittes alternatives Ausführungsbeispiel für einen Sensor 31c bzw. Beleuchtungsmodul 41c bei dem gegenüber der 3 die Funktion des optischen Elements 5f in die Oberflächenform des Umlenkelements 6f integriert wurde. Dieses Umlenkelement 6f hat eine Freiformoberfläche, deren Fokuslagen davon abhängig sind an welchen Auftrefforten beim Umlenkelement 6f die Strahlen umgelenkt werden.The 4 shows a third alternative embodiment for a sensor 31c or lighting module 41c at the opposite 3 the function of the optical element 5f in the surface shape of the deflecting element 6f was integrated. This deflecting element 6f has a free-form surface whose focal positions are dependent on which impact locations at the deflection 6f the rays are deflected.
Insbesondere ein Umlenkelement 6f, bei dem die rotationssymmetrische und asphärische Freiformoberfläche mit einer die Symmetrieachse der Freiformoberfläche enthaltenen Ebene eine Schnittkurve aufweist und diese Schnittkurve zumindest Teilweise einem Kurvenabschnitt einer Spirale entspricht und die Spirale gegeben ist aus der Gruppe: Corny-, Euler- oder Klothoiden-Spirale, bietet die Möglichkeit, von kontinuierlich mit dem Auftreffort sich verändernden Fokuslagen. Spiralkurven weisen in der Regel sich kontinuierlich mit der Bogenlänge verändernde Krümmungen und damit kontinuierlich mit dem Auftreffort veränderliche Fokuslagen auf. Repräsentativ für diese vielen unterschiedlichen Fokuslagen sind in der 4 nur zwei unterschiedliche Fokuslagen mit den Vektoren b und B sowie die daraus resultierenden Ortsverschiebungen auf dem Detektor 10 mit den Vektoren c und C dargestellt.In particular, a deflecting element 6f , in which the rotationally symmetric and aspherical freeform surface having a plane containing the symmetry axis of the freeform surface has an intersection curve and this intersection curve at least partially corresponds to a curve section of a spiral and the spiral is given from the group: Corny, Euler or clothoid spiral, the Possibility of continuously changing with the place of impact focal positions. Spiral curves usually have continuously varying curvatures with the arc length and thus continuously variable focal positions with the point of incidence. Representative of these many different focal positions are in the 4 only two different focus positions with the vectors b and B and the resulting local shifts on the detector 10 represented by the vectors c and C.
Allerdings kann die Freiformoberfläche statt an der Unterseite des transparenten Zylinders 6 in Form einer verspiegelten Oberfläche 6f als Umlenkelement auch an der Oberseite und/oder der Mantelfläche der Zylinders 6 ausgebildet sein. Alternativ kann die Fokusvariation auch durch ein an der Oberseite und/oder der Mantelfläche des Zylinders 6 ausgebildetes diffraktives optische Element realisiert werden. Ferner können entsprechend verschieden ausgebildete Zylinder 6 durch eine in den Figuren nicht dargestellte Wechselschnittstelle zwischen den Elementen 4 und 5 oder den Elemente 5 und 6 gegeneinander ausgewechselt werden. Darüber hinaus können mechanische Schutzhülsen für die Zylinder 6 vorgesehen werden. Bei der Verwendung von optisch transparentem Material für diese mechanischen Schutzhülsen können unterschiedliche Wandstärken und/oder unterschiedliche Brechungsindizes dieser Schutzhülsen zur weiteren Anpassung an unterschiedliche Bohrlochdurchmesser genutzt werden. Insofern sind entsprechend austauschbare Schutzhülsen zur weiteren adaptiven Anpassung denkbar.However, the freeform surface may take place at the bottom of the transparent cylinder 6 in the form of a mirrored surface 6f as deflection also on the top and / or the lateral surface of the cylinder 6 be educated. Alternatively, the focus variation may also be by a at the top and / or the lateral surface of the cylinder 6 trained diffractive optical element can be realized. Furthermore, corresponding differently shaped cylinder 6 by an exchange interface, not shown in the figures, between the elements 4 and 5 or the elements 5 and 6 be replaced with each other. In addition, mechanical protective sleeves for the cylinder 6 be provided. When optically transparent material is used for these mechanical protective sleeves, different wall thicknesses and / or different refractive indices of these protective sleeves can be used for further adaptation to different borehole diameters. In this respect, corresponding exchangeable protective sleeves for further adaptive adaptation are conceivable.
Für eine Vermessung von rotations-symmetrischen Bohrlöchern oder Innengewinden weist bei den optischen Sensoren der 2 bis 7 das diffraktive optische Element 5f eine rotationssymmetrische Beugungscharakteristik auf und/oder besitzt das optische Element mit einer Freiformoberfläche 5f; 6f eine rotationssymmetrische Freiformoberfläche, so dass bei einer Einstellung des beweglichen und/oder veränderbaren optischen Elements MMA; 3 dahingehend, dass die Auftrefforte des Lichts einen konstanten Abstand zur Symmetrieachse des diffraktiven optischen Elements 5f und/oder des optischen Elements mit Freiformoberfläche 5f; 6f aufweisen, der hieraus resultierende, zumindest teilweise bogenförmige, insbesondere ringförmig geschlossene Fokusbereich des Sensors zur Vermessung von Innenwänden 7a von Bohrungen oder Innengewinden des Werkstücks 7 einen konstanten radialen Abstand zum optischen Sensor aufweist.For a measurement of rotationally symmetrical boreholes or internal threads, the optical sensors of the 2 to 7 the diffractive optical element 5f a rotationally symmetric diffraction characteristic and / or has the optical element with a free-form surface 5f ; 6f a rotationally symmetrical freeform surface, so that when adjusting the movable and / or variable optical element MMA; 3 in that the places of incidence of the light are at a constant distance from the axis of symmetry of the diffractive optical element 5f and / or the optical element with freeform surface 5f ; 6f have, resulting from it, at least partially arcuate, in particular annular closed focus area of the sensor for measuring inner walls 7a bores or internal threads of the workpiece 7 has a constant radial distance to the optical sensor.
Vorteilhaft ist das optische Element mit Freiformoberfläche 6f in Form eines Zylinders 6 bei den optischen Sensoren bzw. Beleuchtungsmodulen der 4 bis 5 als Umlenkelement ausgebildet, dessen Unterseite mit einer Spiegelbeschichtung versehen ist und durch die Freiformoberfläche 6f gebildet wird. Die verspiegelte Freiformoberfläche 6f wird somit durch den sie umgebenden Zylinder 6 vor Kratzern und anderen Beschädigung bei Kollisionen mit dem Werkstück 7 ausreichend geschützt.The optical element with freeform surface is advantageous 6f in the form of a cylinder 6 in the case of the optical sensors or illumination modules of the 4 to 5 designed as a deflecting element, whose underside is provided with a mirror coating and through the freeform surface 6f is formed. The mirrored freeform surface 6f is thus due to the surrounding cylinder 6 from scratches and other damage in collisions with the workpiece 7 adequately protected.
Die 5 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines Sensors 31d bzw. Beleuchtungsmoduls 41d basierend auf der Weißlichtinterferometrie, ebenfalls bekannt als optisches Kohärenzradar oder OCT. Der Grundaufbau des in 5 gezeigten Sensors 31d entspricht dem in 4 gezeigten Sensor 31c. Eine Mehrfachspiegelanordnung MMA sorgt im Zusammenspiel mit einem Umlenkelement 6f mit Freiformoberfläche für eine Fokusvariation innerhalb des Bohrlochs 7. Allerding sorgt der Strahlteiler 4a bei dem Ausführungsbeispiel des Sensors 31d der 5 dafür, dass nur anteilig Licht von der Lichtquelle 1 kommend in den Detektionsstrahlengang in Richtung des Element 6f umgelenkt wird. Der restliche Teil des Lichts passiert den Strahlteiler 4a und gelangt somit in den Referenzstrahlengang in Richtung eines Referenzspiegels R. Hierbei ist anzumerken, dass aufgrund der Darstellung der 5 im DIN A4 Format der Referenzstrahlengang verkürzt gegenüber dem Detektionsstrahlengang dargestellt ist.The 5 shows a further alternative embodiment of a sensor 31d or lighting module 41d based on white light interferometry, also known as optical coherence radar or OCT 5 shown sensor 31d corresponds to the in 4 shown sensor 31c , A multi-mirror arrangement MMA provides in conjunction with a deflection element 6f with free-form surface for a focus variation within the borehole 7 , However, the beam splitter takes care of that 4a in the embodiment of the sensor 31d of the 5 that only proportionally light from the light source 1 coming into the detection beam path in the direction of the element 6f is diverted. The remainder of the light passes through the beam splitter 4a and thus enters the reference beam path in the direction of a reference mirror R. It should be noted that due to the representation of the 5 shortened in DIN A4 format of the reference beam path relative to the detection beam path is shown.
Mit dem in 5 dargestellten Grundaufbau eines Michelson-Interferometers können im Zusammenhang mit einer Weißlichtquelle 1, zum Beispiel einer Superlumineszenz-Diode und eines, durch zum Beispiel Piezo-Aktuatoren in Lichtrichtung verstellbaren Referenzspiegels R die Intensitätssignale am Detektor 10 in Abhängigkeit von der Referenzspiegelposition ausgewertet werden. Dabei resultieren die Intensitätssignale des Detektors 10 aus einer Überlagerung des aus dem Referenzstrahlengang und dem Detektionsstrahlengang kommenden reflektierten Lichts durch den Strahlteiler 4a mittels der Linse 9. Stimmen die Lichtwege im Referenzstrahlengang und im Detektionsstrahlengang überein, so ergibt sich eine konstruktive Interferenz des Lichts und damit ein Intensitätssignal am Detektor. Mit zunehmendem Weglängenunterschied Δz zwischen dem Detektionsstrahlengang und dem Referenzstrahlengang nimmt dieses Intensitätssignal am Detektor jedoch ab. Mit dem in der 5 dargestellten optischen Sensor 31d kann folglich das zusammengesetzte Signal am Detektor 10 als Interferenzsignal im Zeitbereich (englisch time domain, TD) in Abhängigkeit mit dem zeitlich variierenden Abstand des Referenzspiegels R zum Strahlteiler 4a analysiert werden. Der Referenzspiegel R wird hierzu zum Beispiel durch Piezo-Aktuatoren zu Schwingungen um seine Nullposition angeregt und das entsprechende Interferenzsignal wird in Abhängigkeit der Position des Spiegels ermitteln. Die Nullposition des Referenzspiegels R kann dabei durch die Piezo-Aktuatoren oder weitere zusätzliche Aktuatoren auf die jeweils eingestellte Fokuslage abgestimmt werden. Ferner ist es denkbar, alternativ einen rotationsymmetrisch gestuften Referenzspiegel zu verwenden, wobei jede Stufe einer anderen Fokuslage entspricht.With the in 5 The basic structure of a Michelson interferometer shown in connection with a white light source 1 , For example, a super-luminescent diode and a, by piezo actuators, for example, adjustable in the direction of light reference mirror R, the intensity signals at the detector 10 be evaluated depending on the reference mirror position. This results in the intensity signals of the detector 10 from a superposition of the reflected light coming from the reference beam path and the detection beam path through the beam splitter 4a by means of the lens 9 , If the light paths in the reference beam path and in the detection beam path coincide, the result is a constructive interference of the light and thus an intensity signal at the detector. With increasing path length difference Δz between the detection beam path and the reference beam path, however, this intensity signal at the detector decreases. With the in the 5 illustrated optical sensor 31d Consequently, the composite signal at the detector 10 as an interference signal in the time domain (English time domain, TD) in dependence on the time-varying distance of the reference mirror R to the beam splitter 4a to be analyzed. The reference mirror R is for this purpose, for example, stimulated by piezo actuators to oscillate about its zero position and the corresponding interference signal will determine depending on the position of the mirror. The zero position of the reference mirror R can be tuned by the piezo actuators or other additional actuators to the respective set focus position. Furthermore, it is conceivable alternatively to use a rotationally symmetric stepped reference mirror, wherein each stage corresponds to a different focus position.
Alternativ zu dem in 5 dargestellten Grundaufbau kann bei feststehendem Referenzspiegel R der optische Sensor 31d zwischen dem Strahlteiler 4a und dem Detektor 10 auch Mittel zur spektralen Trennung des zusammengesetzten Signals aufweisen, so dass am Detektor 10 das zusammengesetzte Signal als ein in mehrere spektrale Kanäle zerlegtes Interferenzsignal (englisch frequency domain, FD) analysiert werden kann. Hierzu kann der Detektor 10 in mehrere Bereiche unterteilt sein, die für unterschiedliche Wellenlängen die unterschiedlichen Interferenzsignal aufnehmen oder es können mehrere Detektoren 10 nebeneinander oder auch räumlich zueinander versetzt zum Einsatz kommen. Durch die Analyse verschiedener Interferenzsignale bei verschiedenen Wellenlängen kann ermittelt werden, welche Wellenlänge bei dem feststehenden Referenzspiegel R zu einer entsprechenden Interferenz geführt hat. In der Regel wird hierzu eine Fourier-Transformation des Frequenzspektrums durchgeführt, um daraus die entsprechende Rauminformation zu erhalten. Hieraus lässt sich dann auf die Länge des Detektionsstrahlengangs und damit auf den Abstand der zu vermessenden Oberfläche schließen.Alternatively to the in 5 The illustrated basic structure can, with a fixed reference mirror R, be the optical sensor 31d between the beam splitter 4a and the detector 10 also have means for spectral separation of the composite signal, so that at the detector 10 the composite signal can be analyzed as an interference signal (English frequency domain, FD) decomposed into a plurality of spectral channels. For this purpose, the detector 10 be divided into several areas that record the different interference signals for different wavelengths or there may be multiple detectors 10 used side by side or spatially offset from each other. By analyzing different interference signals at different wavelengths, it can be determined which wavelength at the fixed reference mirror R has led to a corresponding interference. As a rule, a Fourier transformation of the frequency spectrum is carried out in order to obtain the corresponding spatial information therefrom. From this it is then possible to deduce the length of the detection beam path and thus the distance of the surface to be measured.
Zu den weiterführenden Details der Messmethoden TD-OCT und FD-OCT wird auf Fachliteratur und insbesondere im Zusammenhang mit der Koordinatenmesstechnik auf die Offenlegungsschriften DE 10 2004 012 426 und US 2010/0312524 sowie die dort zitierten Referenzen verwiesen.Further details of the measurement methods TD-OCT and FD-OCT will be found in technical literature and in particular in connection with coordinate metrology in the published patent applications DE 10 2004 012 426 and US 2010/0312524 and the references cited therein.
Neben dem Einsatz des in der 5 dargestellten Sensors 31d für TD-OCT und FD-OCT ist auch ein Einsatz des Sensors 31d im Rahmen der sogenannten Differentialmikroskopie möglich. Dazu muss der Referenzspiegel R räumlich ansteuerbar ausgelegt sein und bevorzugt ebenso viele Spiegelelemente enthalten wie der Detektor 10 Detektorelemente aufweist. Mit einem solchen Sensor 31d ist es dann möglich, die Oberflächeninformation eines Musterwerkstücks derart mit dem Referenzspiegel vorzuhalten, dass die räumlich Abweichung eines später zu vermessenden Werkstücks hiervon als zweidimensionales Interferenzsignal detektiert werden kann. Ein solcher Sensor ist für die schnelle und hochauflösende Inspektion sehr vorteilhaft und ist zur online bzw. inline-Inspektion innerhalb von Fertigungsstraßen einsetzbar.In addition to the use of in the 5 represented sensor 31d for TD-OCT and FD-OCT is also a use of the sensor 31d within the scope of the so-called differential microscopy possible. For this purpose, the reference mirror R must be designed to be spatially controllable and preferably contain as many mirror elements as the detector 10 Has detector elements. With such a sensor 31d it is then possible to maintain the surface information of a sample workpiece with the reference mirror such that the spatial deviation of a workpiece to be measured later on thereof is detected as a two-dimensional interference signal can be. Such a sensor is very advantageous for fast and high-resolution inspection and can be used for online or inline inspection within production lines.
Die 6 zeigt ein weiteres alternatives und erfindungsgemäßes Beleuchtungsmodul 41e für einen Sensor 31e. Das Beleuchtungsmodul 41e der 6 ist im Unterschied zu den wechselbaren Beleuchtungsmodule der 2 bis 5 und 7 nachrüstbar gestaltet, so dass dieses an bereits bestehende optische Systeme angeschlossen werden kann. Das in 6 dargestellte Beleuchtungsmodul 41e unterscheidet sich gegenüber den in den 2 bis 5 und 7 dargestellten Beleuchtungsmodulen darin, dass es nicht die Linse 5 enthält und somit der restliche Teil des Sensors 31e mit der Linse 5 auch ohne das Beleuchtungsmodul ein vollständiges optisches System zur optischen Vermessung von Werkstücken bildet. Damit ist das in 6 dargestellte Beleuchtungsmodul 41e an bereits vorhandene optische Systeme ankoppelbar, um diese Systeme mit einer Funktionalität zur Vermessung von Bohrlöchern oder Innengewinden auszustatten bzw. nachzurüsten. Entsprechende optische Systeme sind zum Beispiel in den Veröffentlichungen WO 2014/023332 und WO 2014/023780 offenbart. Zur Ankopplung weist das Beleuchtungsmodul 41e eine nicht näher dargestellte Wechselschnittstelle auf, mit der es an bestehende optische Systeme manuell oder automatisiert angekoppelt werden kann. Diese Wechselschnittstelle kann entsprechend der Wechselschnittstelle der Beleuchtungsmodule bzw. Sensoren der 2 bis 5 und 7 ausgeführt sein. Entsprechende Wechselschnittstellen sind zum Beispiel aus der Offenlegungsschrift WO 2013/167167 bekannt. Es versteht sich, dass das in 6 dargestellte Beleuchtungsmodul 41e nicht auf die dargestellte Bauform beschränkt ist, sondern jede im Zusammenhang mit den 2 bis 5 diskutierte Bauform eines Beleuchtungsmoduls und insbesondere auch eine erfindungsgemäße Bauform entsprechend dem Beleuchtungsmodul 41f bzw. Sensors 31f der 7 aufweisen kann.The 6 shows a further alternative and inventive lighting module 41e for a sensor 31e , The lighting module 41e of the 6 is in contrast to the changeable lighting modules of the 2 to 5 and 7 retrofitted, so that it can be connected to existing optical systems. This in 6 illustrated lighting module 41e differs from the ones in the 2 to 5 and 7 illustrated lighting modules in that it is not the lens 5 contains and thus the remaining part of the sensor 31e with the lens 5 even without the lighting module forms a complete optical system for optical measurement of workpieces. This is the in 6 illustrated lighting module 41e be coupled to existing optical systems to equip these systems with a functionality for the measurement of boreholes or internal threads or retrofit. Corresponding optical systems are for example in the publications WO 2014/023332 and WO 2014/023780 disclosed. For coupling, the lighting module 41e a changeover interface, not shown, with which it can be manually or automatically coupled to existing optical systems. This change interface can according to the interface of the lighting modules or sensors of 2 to 5 and 7 be executed. Corresponding interchangeable interfaces are for example from the published patent application WO 2013/167167 known. It is understood that in 6 illustrated lighting module 41e is not limited to the illustrated design, but each in connection with the 2 to 5 discussed design of a lighting module and in particular a design according to the invention corresponding to the lighting module 41f or sensors 31f of the 7 can have.
Die 2 bis 7 offenbaren folglich Beleuchtungsmodule 41a bis 41f für einen optischen Sensor 31a bis 31f zur Erfassung von Oberflächenkoordinaten eines Werkstücks 7 mittels eines Koordinatenmessgeräts umfassend mindestens eine Lichtquelle 1 sowie optische Elemente 2, MMA; 3, 4; 4a; 5; 6, 6a; 6f zur Führung des Lichts einerseits auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle 1 auf die Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 und andererseits auf dem Rückweg von der Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 zu mindestens einem Detektor 10 des optischen Sensors 31a bis 31f, wobei einige der genannten optischen Elemente 4; 4a; 5; 6, 6a; 6f sowohl für die Strahlführung auf dem Hinweg als auch für die Strahlführung auf dem Rückweg genutzt werden und wobei mindestens eines dieser genannten optischen Elemente 6a; 6f ein Umlenkelement 6a; 6f ist, das auf dem Hinweg für eine Umlenkung des Lichts auf die Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 und auf dem Rückweg für eine Umlenkung des Lichts zu dem mindestens einen Detektor 10 sorgt, wobei auf dem Hinweg durch das Umlenkelement 6a; 6f der Fokusbereich des Sensors 31a bis 31f zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet wird und wobei ein diffraktives optisches Element 5f und/oder ein optisches Element mit einer Freiformoberfläche 5f; 6f zumindest auf dem Hinweg des Lichts zur Oberfläche 7a des Werkstücks 7 zwischen der mindestens einen Lichtquelle 1 und der Oberfläche 7a des Werkstücks 7 angeordnet ist, wobei zwischen der mindestens einen Lichtquelle 1 und dem diffrativen optischen Element 5f und/oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche 5f; 6f eine bewegliches und/oder veränderbares optisches Element MMA; 3 angeordnet ist und wobei mit Hilfe des beweglichen und/oder veränderbaren optischen Elements MMA; 3 der Auftreffort des Lichts auf dem diffraktiven optischen Element 5f und/oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche 5f; 6f zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle 1 zu der Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 verändert werden kann.The 2 to 7 thus reveal lighting modules 41a to 41f for an optical sensor 31a to 31f for detecting surface coordinates of a workpiece 7 by means of a coordinate measuring machine comprising at least one light source 1 as well as optical elements 2 , MMA; 3 . 4 ; 4a ; 5 ; 6 . 6a ; 6f for guiding the light on the one hand on the way from the at least one light source 1 on the surface 7a of the workpiece to be measured 7 and on the other hand on the way back from the surface 7a of the workpiece to be measured 7 to at least one detector 10 of the optical sensor 31a to 31f , wherein some of the mentioned optical elements 4 ; 4a ; 5 ; 6 . 6a ; 6f be used both for the beam guidance on the way out as well as for the beam guidance on the way back and wherein at least one of said optical elements 6a ; 6f a deflecting element 6a ; 6f This is on the way out for a redirection of light to the surface 7a of the workpiece to be measured 7 and on the way back for a deflection of the light to the at least one detector 10 ensures, on the way through the deflector 6a ; 6f the focus area of the sensor 31a to 31f is formed at least partially arcuate and wherein a diffractive optical element 5f and / or an optical element having a free-form surface 5f ; 6f at least on the way of the light to the surface 7a of the workpiece 7 between the at least one light source 1 and the surface 7a of the workpiece 7 is arranged, wherein between the at least one light source 1 and the diffrative optical element 5f and / or the optical element with the free-form surface 5f ; 6f a movable and / or variable optical element MMA; 3 is arranged and wherein with the aid of the movable and / or variable optical element MMA; 3 the location of the light on the diffractive optical element 5f and / or the optical element with the free-form surface 5f ; 6f at least on the way from the at least one light source 1 to the surface 7a of the workpiece to be measured 7 can be changed.
Es versteht sich, dass bei allen Sensoren 31a bis 31f bzw. Beleuchtungsmodulen 41a bis 41f der 2 bis 7 ein bewegliches Axikon 3 statt einer veränderbaren Mehrfachspiegelanordnung MMA zur Variation der Lichtstrahlauftrefforte und umgekehrt eine veränderbare Mehrfachspiegelanordnung MMA statt einem bewegliche Axikon 3 eingesetzt werden kann.It is understood that with all sensors 31a to 31f or lighting modules 41a to 41f of the 2 to 7 a movable axicon 3 instead of a changeable multi-mirror arrangement MMA for varying the light beam impingement locations and vice versa a variable multiple mirror arrangement MMA instead of a movable axicon 3 can be used.
Darüber hinaus versteht es sich, dass bei den Sensoren 31a; 31b; 31c; 31e und 31f bzw. Beleuchtungsmodulen 41a; 41b; 41c; 41e und 41f alternativ zu der bei dem Ausführungsbeispiel der 5 beschriebenen Superlumineszenz-Diode auch Laser, LED (UV, VIS, IR), Glüh-, Halogen- oder (Kurz-)Bogenlampen als Lichtquelle 1 eingesetzt werden können. Durch die Verwendung einer breitbandigen Lichtquelle lässt sich auch ein gezielter chromatische Längsfehler der verwendeten Optik bei den Sensoren 31a; 31b; 31c; 31e und 31f bzw. Beleuchtungsmodulen 41a; 41b; 41c; 41e und 41f dahingehend für eine konfokale Messtechnik verwenden, dass Aufnahmen von Bildern mit Farbauszügen oder auch durch pixelweise Farbmessung mit entsprechenden Sensoren ausgeführt werden.In addition, it goes without saying that the sensors 31a ; 31b ; 31c ; 31e and 31f or lighting modules 41a ; 41b ; 41c ; 41e and 41f alternatively to that in the embodiment of 5 described superluminescent diode and laser, LED (UV, VIS, IR), incandescent, halogen or (short) arc lamps as a light source 1 can be used. By using a broadband light source can also be a targeted chromatic longitudinal error of the optics used in the sensors 31a ; 31b ; 31c ; 31e and 31f or lighting modules 41a ; 41b ; 41c ; 41e and 41f to use a confocal measurement technique that images of images with color separations or by pixel-by-pixel color measurement with appropriate sensors are performed.
Mit Hilfe der in den 2 bis 7 dargestellten Sensoren und Beleuchtungsmodulen lassen sich Bohrlöcher und insbesondere Innengewinde eines Werkstücks 7 mittels eines Koordinatenmessgeräts vermessen, indem in einem ersten Schritt der Sensor bzw. das Beleuchtungsmodul durch das Koordinatenmessgerät an eine gewünschte Position innerhalb des Bohrlochs bzw. Innengewindes des Werkstücks 7 verfahren wird und indem in einem zweiten Schritt mit Hilfe eines beweglichen und/oder veränderbaren optischen Elements MMA; 3 des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls der Auftreffort des Lichts der mindestens einen Lichtquelle 1 auf einem diffraktiven optischen Element 5f und/oder einem optischen Element mit der Freiformoberfläche 5f; 6f des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle 1 zu der Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 derart verändert wird, dass die zur Vermessung vorgesehenen Teilbereiche der Oberfläche 7a des Werkstücks in den Fokusbereich des Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls gelangen.With the help of in the 2 to 7 shown sensors and lighting modules can be drilled holes and in particular internal thread of a workpiece 7 measured by means of a coordinate measuring machine by, in a first step, the sensor or the illumination module by the coordinate measuring machine to a desired position within the borehole or internal thread of the workpiece 7 is moved and in a second step by means of a movable and / or variable optical element MMA; 3 of the sensor or of the illumination module, the point of incidence of the light of the at least one light source 1 on a diffractive optical element 5f and / or an optical element with the free-form surface 5f ; 6f the sensor or the illumination module at least on the way from the at least one light source 1 to the surface 7a of the workpiece to be measured 7 is changed so that the provided for surveying portions of the surface 7a of the workpiece into the focus area of the sensor or lighting module.
Dabei werden in einem dritten Schritt Intensitätssignale aus dem Fokusbereich des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls von einem flächenmäßig zur Erfassung von Intensitätssignalen ausgebildetem Detektor 10 in Abhängigkeit der Stellung des beweglichen und/oder veränderbaren optischen Elements MMA; 3 des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls und/oder in Abhängigkeit der Stellung eines in seiner Normalenrichtung beweglichen Referenzspiegels R des Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls und/oder in Abhängigkeit der Frequenz bzw. Wellenlänge des von dem Detektor 10 erfassten Lichts ermittelt.In this case, in a third step, intensity signals from the focus area of the sensor or of the illumination module are formed by a detector designed to measure intensity signals 10 depending on the position of the movable and / or variable optical element MMA; 3 of the sensor or of the illumination module and / or in dependence on the position of a reference mirror R of the sensor or illumination module which is movable in its normal direction and / or as a function of the frequency or wavelength of the detector 10 detected light detected.
Hierbei kann der zweite Schritt für einen in seinem lateralen Abstand zum Sensor bzw. Beleuchtungsmodul veränderten Fokusbereich bei der Beibehaltung der im ersten Schritt angefahrenen Position oder der erste Schritt für eine andere gewünschte Position innerhalb des Innengewindes bei der Beibehaltung der im zweiten Schritt eingestellten Stellung des beweglichen und/oder veränderbaren optischen Elements MMA; 3 des Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls solange wiederholt durchgeführt werden, bis in dem sich jedes Mal anschließenden dritten Schritt die vollständige Information über die Oberflächendaten des zu vermessenden Abschnitts des Innengewindes vorliegt. Diese Oberflächendaten können dann anschließend durch bekannte Segmentierungstechniken von 3D Punktewolken zur Bestimmung der Geometrie des Messobjektes in die entsprechenden Geometrieelemente wie zum Beispiel Kreis, Ellipse, Zylinder, Ellipsoid usw. zerlegt werden. Darüber hinaus ist es möglich, die aus den Daten gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich der Dezentrierung oder Neigung der Sensorachse in Bezug zur Bohrlochachse bei schnell nachsteuerbaren Elementen wie der Mehrfachspiegelanordnung MMA dahingehend zu nutzen, die Fehlstellung der Sensor- zur Bohrlochachse online optisch zu korrigieren.In this case, the second step may be for a focus area changed in its lateral distance from the sensor or illumination module while maintaining the position approached in the first step or the first step for another desired position within the internal thread while maintaining the position of the movable position set in the second step and / or variable optical element MMA; 3 of the sensor or illumination module are repeated until the complete information about the surface data of the section of the internal thread to be measured is present in the third step that follows each time. These surface data can then be decomposed by known segmentation techniques of 3D point clouds to determine the geometry of the measurement object in the corresponding geometric elements such as circle, ellipse, cylinder, ellipsoid and so on. In addition, it is possible to use the knowledge gained from the data with regard to the decentering or inclination of the sensor axis with respect to the borehole axis with fast nachsteuerbaren elements such as the multi-mirror assembly MMA to the effect of visually correct the malposition of the sensor to the borehole axis online.
Insbesondere für Innengewinde, bei denen zum Beispiel bei Metrischen ISO-Gewinden die Differenz von Kern- und Außendurchmesser (Nenndurchmesser) zwischen 0,3 mm (bei M1) und 7 mm (bei M64) beträgt, ist es notwendig, sowohl einen Scan entlang der Achse des Innengewindes, als auch einen Fokusscan über verschiedene Durchmesser bzw. Fokuslagen mit dem Sensor bzw. dem Beleuchtungsmodul durchzuführen, um die vollständige Oberflächeninformation des Innengewindes hinsichtlich des Gewindegangs, der Gewindeflanken und der Gewindetiefen zu erhalten. Aufgrund der großen Differenz von Kern- und Außendurchmesser (Nenndurchmesser) bei Innengewinden ist es in der Regel nicht möglich, mit nur einer Fokuslage für eine Vermessung zu arbeiten. Es versteht sich, dass der Scan entlang der Achse durch die Positionsänderung des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls mittels des Koordinatenmessgeräts und der Fokusscan des Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls unabhängig voneinander und in einer beliebigen Kombination miteinander durchgeführt werden können, um eine vollständige Information über die Oberflächenkoordinaten des Innengewindes zu erhalten.In particular, for internal threads where, for example, in ISO metric threads, the difference in core and outer diameter (nominal diameter) is between 0.3 mm (for M1) and 7 mm (for M64), it is necessary to perform both a scan along the Axis of the internal thread, as well as a focus scan over different diameters or focal positions with the sensor or the illumination module to perform to obtain the complete surface information of the internal thread with respect to the thread, the thread flanks and the thread depths. Due to the large difference between core and outer diameter (nominal diameter) in internal threads, it is usually not possible to work with only one focus position for a survey. It is understood that the scan along the axis by the change in position of the sensor or the illumination module by means of the coordinate measuring machine and the focus scan of the sensor or lighting module can be performed independently and in any combination with each other to complete information about the surface coordinates of the To obtain internal thread.
Es versteht sich ferner, dass das Verfahren bzw. die Sensoren anhand von Gewindenormalen kalibriert bzw. referenziert und/oder auf ein Normal zurückgeführt werden können. Dazu werden Werkstücke mit mehreren genau bekannten Innengewinden auf dem Messtisch eines Koordinatenmessgeräts platziert und es wird das Verfahren mittels der Sensoren durchgeführt und die erfassten Maße des Innengewindes werden anhand der bekannten Maße der Innengewinde kalibriert.It is further understood that the method or the sensors can be calibrated or referenced by means of thread standards and / or can be returned to a normal. For this purpose, workpieces are placed with several well-known internal threads on the measuring table of a coordinate measuring machine and it is the method performed by means of the sensors and the recorded dimensions of the internal thread are calibrated on the basis of the known dimensions of the internal thread.
Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensor 31f bzw. eines erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls 41f, bei dem zusätzlich zu dem in 2 dargestellten Sensor 31a (Beleuchtungsmodul 41a) mindestens ein erstes optische Element 3 Mittel zur Erzeugung von mindestens zwei zur optischen Achse geneigten Ringbündel des Lichts aufweist, wobei die geneigten Ringbündel rotations-symmetrisch zur optischen Achse geneigt sind und der Neigungswinkel der Ringbündel zueinander unterschiedlich ist und wobei das mindestens eine erste optische Element 3 und/oder ein weiteres zweites optisches Element 5f zur Führung des Lichts auf dem Hinweg von der Lichtquelle 1 in Richtung des Umlenkelements 6a Mittel zur Brechung und/oder Beugung des Lichts aufweisen, wobei mindestens zwei dieser Mittel zueinander unterschiedliche Brechkraft und/oder unterschiedliche Beugungswirkung aufweisen, so dass im Zusammenspiel der genannten Mittel zur Erzeugung von Ringbündeln und der genannten Mittel zur Brechung und/oder Beugung mit dem Umlenkelement 6a mindestens zwei räumlich voneinander getrennte, zumindest teilweise bogenförmig ausgebildete Fokusbereiche des Beleuchtungsmoduls 41f vorliegen. Dabei zeigt die 7 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls 41f bzw. Sensors 31f, bei dem das Axikon 3 alle genannten Mittel in sich vereinigt. Dazu weist die Vorderseite des Axikons 3 der 7 mindestens zwei zueinander geneigte konische Flächen auf, wodurch es zu einem Doppelaxikon 3 wird und wodurch es das von der Lichtquelle 1 kommende Licht in zwei zueinander geneigte Ringbündel zerlegt. In der 7 ist dabei lediglich der Strahlengang des inneren der beiden Bündel der Übersichtlichkeit halber durchgehend bis zum Umlenkelement 6a und von da aus durchgehend bis zum Detektor 10 dargestellt. Der Strahlengang des äußeren Ringbündels ist hingegen nur durch kurze Striche bzw. gestrichelt am Doppelaxikon 3, am Umlenkelement 6a und am Detektor 10 angedeutet. Ferner ist zu beachten, dass beim inneren Ringbündel auch nur ein innerer Teil des Bündels in der 7 dargestellt ist, da ansonsten die Darstellung des äußeren Ringbündels wegen Überdeckung nicht sinnvoll möglich ist.The 7 shows a further embodiment of a sensor according to the invention 31f or a lighting module according to the invention 41f in which, in addition to the in 2 shown sensor 31a (Lighting module 41a ) At least a first optical element 3 Means for generating at least two inclined to the optical axis ring bundle of light, wherein the inclined ring bundles are inclined rotationally symmetrical to the optical axis and the angle of inclination of the ring bundles is different from each other and wherein the at least one first optical element 3 and / or another second optical element 5f to guide the light on the way from the light source 1 in the direction of the deflecting element 6a Have means for refraction and / or diffraction of light, wherein at least two of these means to each other have different refractive power and / or different diffraction effect, so that in the interaction of said means for generating ring bundles and said means for refraction and / or diffraction with the deflecting element 6a at least two spatially separated, at least partially arc-shaped focus areas of the lighting module 41f available. It shows the 7 an embodiment of a Lighting module according to the invention 41f or sensors 31f in which the axicon 3 All these means are combined. This is indicated by the front of the axicon 3 of the 7 at least two mutually inclined conical surfaces, making it a Doppelaxikon 3 and that makes it from the light source 1 coming light divided into two mutually inclined ring bundles. In the 7 is merely the beam path of the inner of the two bundles for clarity, through to the deflection 6a and from there to the detector 10 shown. The beam path of the outer ring bundle, however, is only indicated by short dashes or dashed lines on the double axicon 3 , on the deflecting element 6a and at the detector 10 indicated. It should also be noted that the inner ring bundle and only an inner part of the bundle in the 7 is shown, otherwise the representation of the outer ring bundle is not meaningful because of coverage.
Es ist in der 7 zu erkennen, dass das äußere Ringbündel nach dem Doppleaxikon 3 einen größeren Neigungswinkel aufweist als das innere Bündel, wodurch es auch auf dem Umlenkelement 6a und am Detektor 10 mit einer größeren Distanz zur optischen Achse auftrifft. Damit nun das äußere Ringbündel im Vergleich zu dem inneren Ringbündel einen Fokusbereich mit einem größeren Abstand zum Beleuchtungsmodul bilden kann, muss dieses äußere Ringbündel durch eine geringere Brechkraft und/oder Beugung fokussiert werden als das innere Ringbündel.It is in the 7 to recognize that the outer ring bundle according to the Doppleaxikon 3 has a greater angle of inclination than the inner bundle, whereby it also on the deflecting element 6a and at the detector 10 impinges at a greater distance to the optical axis. So that now the outer ring bundle can form a focus area with a greater distance to the illumination module compared to the inner ring bundle, this outer ring bundle must be focused by a lower refractive power and / or diffraction than the inner ring bundle.
Hierzu weist das in 7 dargestellte Doppelaxikon 3 auf der Rückseite einen Oberflächenabschnitt auf, der sich durch den Oberflächenabschnitt eines Torus beschreiben lässt. D. h. mit anderen Worten, das Doppelaxikon 3 besitzt auf seiner Rückseite eine Ringlinse für die Fokussierung des äußeren Ringbündels, wobei diese äußere Ringlinse eine geringere Brechkraft aufweist als die Zentrallinse des Doppelaxikons 3 in der Mitte der Rückseite für die Fokussierung des inneren Ringbündels. Dadurch entstehen bei dem Umlenkelement 6a zwei zumindest teilweise bogenförmig ausgebildete Fokusbereiche mit unterschiedlichem Abstand zum Umlenkelement 6a. Die Differenz dieser Abstände der beiden Fokusbereiche ist in der 7 durch den gestrichelt gezeichneten Versatz der Bohrlochinnenwand 7a um den Vektor b dargestellt. Zusätzlich sind die beiden Fokusbereiche auch in ihrer Höhenlage durch die unterschiedlichen Auftrefforte des äußeren und inneren Ringbündels am Umlenkelement 6a voneinander getrennt.For this purpose, the in 7 illustrated double axicon 3 on the back of a surface portion which can be described by the surface portion of a torus. Ie. in other words, the double axicon 3 has on its back a ring lens for the focusing of the outer ring bundle, said outer ring lens having a lower refractive power than the central lens of the double axicon 3 in the middle of the back for focusing the inner ring bundle. This results in the deflection 6a two at least partially arcuate focus areas with different distances to the deflection 6a , The difference between these distances of the two focus areas is in the 7 by the broken line offset of the borehole inner wall 7a represented by the vector b. In addition, the two focus areas are also in their altitude by the different locations of incidence of the outer and inner ring bundles on the deflection 6a separated from each other.
Bei der Vermessung eines Bohrloch, welches zum Beispiel zwei unterschiedliche Durchmesser in verschiedenen Höhen aufweist, oder eines Innengewindes, welches einen Kern- und einen Außendurchmesser aufweist, kann der in 7 dargestellte Sensor 31f zur Vermessung dieser Durchmesser eingesetzt werden, sofern die zu vermessenden Durchmesser in etwa den Durchmessern der beiden Fokusbereiche entsprechen. Zum Beispiel kann der Kerndurchmesser eines Innengewindes eines Werkstücks 7 dem gestrichelten Verlauf der in 7 dargestellten Oberfläche 7a und der Außendurchmesser eines Innengewindes dem durchgezogen dargestellten Verlauf der Oberfläche 7a des Werkstücks 7 entsprechen. Hierdurch können Messwerte von beiden Durchmessern durch die beiden Fokusbereiche des Sensor 31f mittels des Detektors 10 erfasst werden. Entsprechend ist in der 7 der Differenzvektor c für die unterschiedlichen Abstände der Intensitätssignale aus beiden Fokusbereichen am Detektor 10 in Bezug zur optischen Achse eingezeichnet.When measuring a borehole, which for example has two different diameters at different heights, or an internal thread, which has a core and an outer diameter, the in 7 illustrated sensor 31f be used for measuring these diameters, provided that the diameter to be measured correspond approximately to the diameters of the two focus areas. For example, the core diameter of an internal thread of a workpiece 7 the dashed course of in 7 surface shown 7a and the outer diameter of an internal thread the solid line shown surface 7a of the workpiece 7 correspond. This allows measured values of both diameters through the two focus areas of the sensor 31f by means of the detector 10 be recorded. Accordingly, in the 7 the difference vector c for the different distances of the intensity signals from both focus areas at the detector 10 drawn in relation to the optical axis.
Es versteht sich, dass das Beleuchtungsmodul 41f an der gestrichelt eingezeichneten Trennebene eine Wechselschnittstelle entsprechend den Beleuchtungsmodulen 41a bis 41d der 2 bis 5 zum Sensor 31f aufweisen kann, damit unterschiedliche Beleuchtungsmodule bzw. auf unterschiedliche Durchmesser abgestimmte Beleuchtungsmodule am Sensor 31f eingewechselt werden können. Ferner kann das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul 41f bzw. der erfindungsgemäße Sensor 31f derart hinsichtlich der Wechselschnittstelle ausgelegt sein, dass entsprechend dem erfindungsgemäßen Beleuchtungsmodul 41e bzw. Sensor 31e der 6 das Beleuchtungsmodul 41f nachrüstbar zu einem bereits bestehenden optischen Sensor eines Koordinatenmessgeräts ausgeführt ist.It is understood that the lighting module 41f at the dashed line dividing plane an exchange interface corresponding to the lighting modules 41a to 41d of the 2 to 5 to the sensor 31f may have, so that different lighting modules or tuned to different diameters lighting modules on the sensor 31f can be changed. Furthermore, the lighting module according to the invention 41f or the sensor according to the invention 31f be designed with respect to the changeover interface that according to the illumination module according to the invention 41e or sensor 31e of the 6 the lighting module 41f can be retrofitted to an existing optical sensor of a coordinate measuring machine.
Darüber hinaus ist es möglich, das Doppelaxikon 3 wechselbar auszuführen, so dass dieses zum gleichzeitigen Wechsel der beiden Durchmesser gegen ein anderes Doppelaxikon getauscht werden kann. Entsprechend können mehrere Axikons z. B. auf einem großen Dreh- bzw. Wechselrad gehaltert werden, wobei immer nur eines davon entsprechend einem Revolvermechanismus in den Strahlengang eingeführt wird. Ferner kann auch eine Mehrfachspiegelanordnung MMA entsprechend der 3 bis 6 statt einem Doppelaxikon 3 bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungsmodul 41f bzw. Sensor 31f der 7 als ein erstes optisches Element zur Führung des Lichts auf dem Hinweg von der Lichtquelle 1 in Richtung des Umlenkelements 6a eingesetzt werden. Zur Erzeugung von mindestens zwei zur optischen Achse geneigten Ringbündel des Lichts müssen hierbei lediglich zwei verschiedene Kippwinkel in Bezug zur optischen Achse bei den Mikrospiegeln der Mehrfachspiegelanordnung MMA eingestellt werden.In addition, it is possible to use the Doppelaxikon 3 replaceable, so that it can be exchanged for simultaneous change of the two diameters against another Doppelaxikon. Accordingly, several axons z. B. be supported on a large rotary or change gear, with only one of them is introduced according to a turret mechanism in the beam path. Furthermore, a multi-mirror arrangement MMA according to the 3 to 6 instead of a double ax 3 in the lighting module according to the invention 41f or sensor 31f of the 7 as a first optical element for guiding the light on the way from the light source 1 in the direction of the deflecting element 6a be used. In order to produce at least two annular bundles of light inclined to the optical axis, only two different tilt angles with respect to the optical axis have to be set in the micromirrors of the multi-mirror arrangement MMA.
Es versteht sich, dass auch andere Mittel zur Fokussierung statt einer Ringlinse am Doppelaxikon 3 genutzt werden können. Insbesondere Mittel zur Brechung und/oder Beugung des Lichts, welche zumindest Teilweise bestehen aus der Gruppe: Ring- bzw. Toroid-Linsen, Fresnell-Linsen, Zylinderlinsen, Mikrolinsen, Wabenkondensatoren und diffraktive optische Elemente (DOE), sind hierfür geeignet. Es versteht sich ferner, dass diese Mittel nicht notwendiger Weise auf oder am Doppelaxikon 3 angeordnet sein müssen.It is understood that other means of focusing instead of a ring lens on Doppelaxikon 3 can be used. Especially Means for refraction and / or diffraction of the light, which at least partially consist of the group: toroidal lenses, Fresnel lenses, cylindrical lenses, microlenses, honeycomb condensers and diffractive optical elements (DOE), are suitable for this purpose. It is further understood that these agents are not necessarily on or at the double axicon 3 must be arranged.
Insbesondere ein in der 7 gestrichelt dargestelltes weiteres zweites optisches Element 5f kann diese Mittel statt dem Doppelaxikon 3 aufweisen. Diese optisches Element 5f entsprechend der 2, 3 und 6 ist somit als ein weiteres zweites optisches Element zur Führung des Lichts auf dem Hinweg von der Lichtquelle 1 in Richtung des Umlenkelements 6a anzusehen, welches Mittel zur Brechung und/oder Beugung des Lichts aufweist, wobei mindestens zwei dieser Mittel zueinander unterschiedliche Brechkraft und/oder unterschiedliche Beugungswirkung aufweisen. Diese mindestens zwei Mittel mit zueinander unterschiedlicher Brechkraft und/oder unterschiedlicher Beugungswirkung müssen dabei nicht zwingend in Form zweier sichtbar getrennter Mittel am zweiten optischen Element 5f vorliegen, sondern können auch durch zwei unterschiedliche Auftrefforte bzw. zwei separate, unterschiedliche Auftreffbereiche von Licht auf einem ansonsten kontinuierlich ausgelegten zweiten optischen Element 5f ausgebildet sein, wobei das zweite optische Element 5f an den Auftrefforten bzw. Auftreffbereichen unterschiedliche optische Eigenschaften aufweist. Wie bei einer Gleitsichtbrille, welche zwei Mittel mit zueinander unterschiedlicher Brechkraft aufweist, im oberen Bereich für die Fernsicht und im unteren Bereich für die Nahsicht, kann das zweite optische Element 5f der 2, 3, 6 und 7 in unterschiedlichen Zonen mit unterschiedlichem Abstand zur optischen Achse unterschiedliche Brechkräfte und/oder unterschiedliche Beugungswirkungen als solche mindestens zwei Mittel aufweisen.In particular, one in the 7 dashed shown further second optical element 5f This means can be used instead of the double axicon 3 exhibit. This optical element 5f according to the 2 . 3 and 6 is thus as another second optical element for guiding the light on the way from the light source 1 in the direction of the deflecting element 6a which has means for refraction and / or diffraction of the light, wherein at least two of these means have mutually different refractive power and / or different diffraction effect. These at least two means with mutually different refractive power and / or different diffraction effect need not necessarily in the form of two visually separated means on the second optical element 5f but can also be by two different impact locations or two separate, different impact areas of light on an otherwise continuously designed second optical element 5f be formed, wherein the second optical element 5f has different optical properties at the points of incidence or impact areas. As in the case of progressive lenses, which has two means with mutually different refractive power, in the upper region for the distance vision and in the lower region for the near vision, the second optical element 5f of the 2 . 3 . 6 and 7 have different refractive powers and / or different diffraction effects as such in at least two means in different zones with different distances from the optical axis.
Dementsprechend kann das diffraktive optische Element 5f bzw. das optische Element mit einer Freiformoptik 5f der 2, 3, 6 und 7 auch mit einem axial beweglichen Doppelaxikon 3 der 7 zusammenwirken, um eine gleichzeitige Variation der beiden Fokusbereiche zu bewirken. Diese gleichzeitige Variation der beiden Fokusbereiche des erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls 41f bzw. Sensors 31f durch das axial bewegliche Doppelaxikon 3 der 7 entlang des Verschiebevektors a erfolgt analog zu der im Zusammenhang mit der 2 beschriebenen Variation eines Fokusbereichs durch ein axial bewegliches Axikon 3 im Zusammenspiel mit dem diffraktiven optischen Element 5f bzw. dem optischen Element mit Freiformoptik 5f der 2. Dementsprechend lässt sich auch ein axial bewegliches Doppelaxikon 3 der 7 analog einem axial beweglichen Axikon 3 der 2 gegen eine Mehrfachspiegelanordnung MMA austauschen, wodurch die Beleuchtungsmodule 41b und 41e bzw. die Sensoren 31b und 31e der 3 und 6 ebenso wie das in 7 dargestellte Beleuchtungsmodul 41f bzw. der Sensor 31f dazu geeignet sind, zwei Fokusbereiche auszubilden, die gleichzeitig variiert werden können.Accordingly, the diffractive optical element 5f or the optical element with a freeform optics 5f of the 2 . 3 . 6 and 7 also with an axially movable double axicon 3 of the 7 interact to cause a simultaneous variation of the two focus areas. This simultaneous variation of the two focus areas of the illumination module according to the invention 41f or sensors 31f through the axially movable double axicon 3 of the 7 along the displacement vector a is analogous to that in connection with the 2 described variation of a focus area by an axially movable axicon 3 in interaction with the diffractive optical element 5f or the optical element with free-form optics 5f of the 2 , Accordingly, it is also possible to use an axially movable double axicon 3 of the 7 analogous to an axially movable axicon 3 of the 2 against a multi-mirror MMA exchange, whereby the lighting modules 41b and 41e or the sensors 31b and 31e of the 3 and 6 as well as in 7 illustrated lighting module 41f or the sensor 31f are adapted to form two focus areas that can be varied at the same time.
Somit stellen die Beleuchtungsmodule 41b und 41e bzw. die Sensoren 31b und 31e der 3 und 6 weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar, wobei die Mehrfachspiegelanordnung MMA das erste optische Element mit Mitteln zur Erzeugung geneigter Ringbündel und das diffraktive optische Element 5f bzw. das optische Element mit einer Freiformoberfläche 5f das zweite optische Element mit Mitteln zur Brechung und/oder Beugung des Lichts darstellen. Durch das Zusammenspiel von Mehrfachspiegelanordnung MMA und dem diffraktiven optischen Element 5f bzw. dem optischen Element mit Freiformoptik 5f sind dann auch Fokusänderungen der beiden Fokusbereiche möglich, so dass die erfindungsgemäßen Beleuchtungsmodule bzw. Sensoren hierdurch beim Vermessen bzw. Scannen eines Innengewindes an den vorliegenden Kerndurchmesser und den vorliegenden Außendurchmesser angepasst werden können. Die einzelnen Verfahrensschritte beim Anpassen der beiden Fokusbereiche entsprechen dabei den Verfahrensschritten beim Anpassen eines Fokusbereichs, wie sie nachfolgend der Figurenbeschreibung zu 6 wiedergegeben sind.Thus, the lighting modules provide 41b and 41e or the sensors 31b and 31e of the 3 and 6 Further embodiments of the present invention, wherein the multi-mirror assembly MMA, the first optical element with means for generating inclined ring bundles and the diffractive optical element 5f or the optical element with a free-form surface 5f represent the second optical element with means for refraction and / or diffraction of the light. Through the interaction of multiple mirror arrangement MMA and the diffractive optical element 5f or the optical element with free-form optics 5f Then, changes in focus of the two focus areas are possible, so that the illumination modules or sensors according to the invention can thereby be adapted to the present core diameter and the present outer diameter when measuring or scanning an internal thread. The individual method steps in the adaptation of the two focus areas correspond to the method steps when adjusting a focus area, as described below in the description of the figures 6 are reproduced.
In einer in den 3, 6 und 7 nicht dargestellten Ausführungsform weist das Umlenkelement 6a mindestens zwei zueinander geneigte und auf eine gemeinsame Symmetrieachse bezogene, konische Flächen auf, um den Blickwinkel wenigstens eines der beiden Fokusbereiche auf die Oberfläche 7a des Werkstücks 7 zu ändern. Dabei können die mindestens zwei zueinander geneigten Flächen einen Winkel von größer als 20° zwischen ihren Flächennormalen aufweisen. Insbesondere bei einer für die Vermessung von Innengewinden besonders angepassten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls, wobei das Umlenkelement 6a mindestens drei zueinander geneigte und auf eine gemeinsame Symmetrieachse bezogene, konische Flächen aufweist und wobei die mindestens zwei zueinander geneigten Flächen einen Winkel von größer als 5° zwischen ihren Flächennormalen aufweisen, ist es möglich, nicht nur den Kern- und Außendurchmesser eines Innengewindes zu erfassen, sondern auch gleichzeitig die Gewindeflanken zu vermessen. Dazu müssen allerdings zwei Fokusbereiche zusätzlich zu den beiden in 7 dargestellten Fokusbereiche senkrecht auf die beiden Gewindeflanken des Innengewindes gerichtet werden, ein Fokusbereich auf die obere Gewindeflanke und ein Fokusbereich auf die untere Gewindeflanke. Dazu muss dann das Umlenkelement 6a entsprechende Kegel- bzw. Konusabschnitte mit entsprechenden Neigungswinkeln aufweisen. Darüber hinaus muss ein erstes optisches Element auf dem Hinweg zwischen Lichtquelle 1 und Umlenkelement 6a für die Erzeugung von vier Ringbündeln unterschiedlicher Neigung sorgen, so dass diese vier Ringbündel nahezu parallel zur optischen Achse aber in vier Ringzonen getrennt auf das Umlenkelement 6a einfallen, so dass durch die verschiedenen Konusse des Umlenkelement 6a diese Ringbündel senkrecht auf die jeweiligen Oberflächen des Innengewindes gelenkt werden können. Die von den Oberflächen des Innengewindes reflektierten Strahlen nehmen dann nahezu die gleiche Wege für den Rückweg zum Detektor ein, so dass diese Strahlen nach der Umlenkung durch das Umlenkelement 6a auch wieder in nahezu vier separaten Zonen vorliegen, welche auf den Detektor 10 abgebildet werden.In one in the 3 . 6 and 7 not shown embodiment has the deflecting element 6a at least two mutually inclined and related to a common axis of symmetry, conical surfaces to the viewing angle of at least one of the two focus areas on the surface 7a of the workpiece 7 to change. In this case, the at least two mutually inclined surfaces may have an angle of greater than 20 ° between their surface normals. In particular, in a particularly adapted for the measurement of internal threads embodiment of the illumination module according to the invention, wherein the deflection element 6a has at least three mutually inclined and related to a common axis of symmetry, conical surfaces and wherein the at least two mutually inclined surfaces have an angle greater than 5 ° between their surface normals, it is possible not only to detect the core and outer diameter of an internal thread, but also to measure the thread flanks at the same time. However, this requires two focus areas in addition to the two in 7 focus areas are directed perpendicular to the two thread flanks of the internal thread, a focus area on the upper thread flank and a focus area on the lower thread flank. This then has to be deflecting 6a have corresponding cone or cone sections with corresponding angles of inclination. In addition, a first optical element must be on the way between light source 1 and deflecting element 6a provide for the generation of four ring bundles of different inclination, so that these four ring bundles almost parallel to the optical axis but separated into four annular zones on the deflecting element 6a so that through the different cones of the deflector 6a These ring bundles can be directed perpendicular to the respective surfaces of the internal thread. The reflected from the surfaces of the internal thread then take almost the same paths for the return path to the detector, so that these rays after the deflection by the deflecting element 6a again in almost four separate zones, which are on the detector 10 be imaged.
Es versteht sich, dass bei den erfindungsgemäßen Beleuchtungsmodulen bei mehr als zwei zueinander geneigten konischen Flächen des Umlenkelements es jedoch genügt, wenn wenigstens eine der Flächen zu den jeweils anderen geneigt ist. Bei der Vermessung eines Innengewindes mit drei oder vier zueinander geneigten konischen Flächen ist es zur Vermessung des Kerndurchmessers und des Außendurchmessers sinnvoll, wenn zwei der vier Flächen gleich geneigt sind bzw. aus einer Fläche bestehen und diese beiden Flächen bzw. diese Fläche nur jeweils zu den restlichen beiden Flächen für die obere und die untere Gewindeflanke geneigt sind bzw. ist.It is understood that in the lighting modules according to the invention with more than two mutually inclined conical surfaces of the deflection, however, it is sufficient if at least one of the surfaces is inclined to the other. When measuring an internal thread with three or four mutually inclined conical surfaces, it is useful for measuring the core diameter and the outer diameter when two of the four surfaces are equally inclined or consist of a surface and these two surfaces or this area only to each remaining two surfaces are inclined for the upper and lower thread flanks or is.
In einer ebenfalls in den 3, 6 und 7 nicht dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsmodulen 41b, 41e und 41f sendet die Lichtquelle 1 mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen aus, deren Wellenlängen sich um wenigstens 50 nm unterscheiden. Dabei weisen die Beleuchtungsmodule 41b, 41e und 41f einen Farblängsfehler für diese beiden Wellenlängen auf, der zwischen 10 μm und 1 mm beträgt. Hierdurch ist es möglich, den in den 3, 6 und 7 dargestellten Durchmesser der Fokusbereiche je nach Wellenlänge entweder zu vergrößern oder zu verkleinern, so dass auch Bohrlöcher bzw. Innengewinde vermessen werden können, deren Durchmesser gerade außerhalb der in den Figuren dargestellten Fokusbereiche liegen. Insofern ist durch die Ausnutzung oder die gezielte Herbeiführung eines Farblängsfehlers der Beleuchtungsmodule 41b, 41e und 41f eine Erweiterung des nutzbaren Messbereichs an Durchmessern möglich. Dies setzt allerdings voraus, dass der Detektor 10 entsprechend farbaufgelöst die Intensitätssignale der wenigsten zwei, zumindest teilweise bogenförmig ausgebildeten Fokusbereiche verarbeiten kann.In a likewise in the 3 . 6 and 7 not shown embodiment of the lighting modules according to the invention 41b . 41e and 41f sends the light source 1 at least two different wavelengths whose wavelengths differ by at least 50 nm. This is shown by the lighting modules 41b . 41e and 41f a longitudinal chromatic aberration for these two wavelengths, which is between 10 microns and 1 mm. This makes it possible, in the 3 . 6 and 7 Depending on the wavelength shown diameter either increased or decreased, so that holes or internal threads can be measured, the diameter of which lie just outside of the focus areas shown in the figures. In this respect, the exploitation or the targeted achievement of a longitudinal chromatic aberration of the illumination modules 41b . 41e and 41f an extension of the usable measuring range at diameters possible. However, this assumes that the detector 10 in accordance with color resolution, the intensity signals of at least two, at least partially arcuate focus areas can process.
Darüber hinaus ist der Einsatz von Blendenelementen z. B. über schaltbare Transmissions-(beispielsweise LCD-Elemente) oder Polarisationsfilter zur Elimination von Streu- oder Falschlicht bei den erfindungsgemäßen Beleuchtungsmodulen 41b, 41e und 41f bzw. Sensoren 31b, 31e und 31f denkbar.In addition, the use of aperture elements z. B. via switchable transmission (for example, LCD elements) or polarizing filter to eliminate stray or stray light in the lighting modules of the invention 41b . 41e and 41f or sensors 31b . 31e and 31f conceivable.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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